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아쿠아포닉스 재배자를 위한 실용적인 핸드북

캔터키주립대학

아쿠아포닉스

생산메뉴얼

재배자를 위한 실용적인 핸드북

자넬 헤이거

Aquaponics 연구 및 확장 보조

켄터키주립대학교

janelle.hager@kysu.edu

리 앤 브라이트

켄터키주립대학교

수석 연구원 및 대학원 코디네이터

leighanne.bright@kysu.edu

조쉬 두시

대학원 연구 조교

켄터키주립대학교

dusci.joshua@gmail.com

제임스 티드웰

정교수 겸 학장

KSU 석좌교수

켄터키주립대학교

james.tidwell@kysu.edu

양식 및 수생학과

농업학, 사회학, 그리고 과학 학부

켄터키 주립대

400 East Main Street

Frankfort, Kentucky 40601

프로그램에 대해 자세히 알아보려면 kysuag@gmail.com 으로 연락하거나 소셜 미디어에서 팔로우하세요! KYSU.EDU/AG | @KYSUAG

Kentucky Cooperative Extension의 교육 프로그램은 경제적 또는 사회적 지위에 관계없이 모든 사람을 대상으로 하며 인종, 피부색, 민족, 출신 국가, 신념, 종교, 정치적 신념, 성별, 성적 취향, 성 정체성, 성별 표현, 임신, 결혼 여부, 유전 정보, 연령, 군 복무 여부, 신체적 또는 정신적 장애를 이유로 차별하지 않습니다. 2021 KYSU-000

목차                                                                                                               

1. 개요

정의                                                                                                                              

문맥                                                                                                                              

중요성                                                                                                                          

시스템 유형

2. 구조 및 디자인                                                                                                                      

물고기 양식                                                                                                                               

고형물 여과                                                                                                                  

  • 침전                                                                                                                                           
  • 기계적 분리                                                                                                                               

생물학적 여과                                                                                                               

식물 재배 또는 수경 보조시스템                                                                                  

  • MEDIA GROW BED                                                                                                             
  • DWC                                                                                                          
  • NFT                                                                                                                            

섬프

3. 시스템 기술                                                                                                              

수원                                                                                                                             

  • 빗물                                                                                                                                           
  • 우물물                                                                                                                          
  • 상수도                                                                                                                          
  • 지표수                                                                                                                          

폐기물 처리

  • 광물화                                                                                                             
  • 직접 처리                                                                                                                                               

4. 성장 관리                                                                                                                              

양식에 적합한 어종                                                                           

어종                                                                                                                                           

  • 틸라피아                                                                                                                                                 
  • 일반잉어 또는 KOI                                                                                                       
  • 채널 메기                                                                                                                                                
  • 큰입 농어                                                                                                                                                
  • 무지개송어                                                                                                                                              
  • 바라문디                                                                                                                                    

종자생산 및 공급                                                                                                         

  • 공급                                                                                                                                                        
  • 생산                                                                                                                                                        

물고기 양식                                                                                                                               

  • 순차적 양식                                                                                                                                            
  • 분할 양식                                                                                                                                                
  • 다중 양식                                                                                                                                   

식물                                                                                                                                           

  • 시차재배                                                                                                                                                 
  • 일괄재배                                                                                                                                                 
  • 간작재배

5. 사료                                                                                                                                       

사료                                                                                                                             

보충 사료                                                                                                                                                

대체 식단

6. 수질 관리                                                                                                                              

용존 산소                                                                                                                                                

온도                                                                                                                                           

pH                                                                                                                                                          

총 암모니아-질소                                                                                                                        

알칼리도                                                                                                                                                 

시스템 순환                                                                                                                  

시정 조치                                                                                                                                   

6. 식물 영양소                                                                                                

식물 영양 공급 및 측정                                                                                                

일반적인 영양소 결핍                                                                                                    

  • 질소(N)                                                                                                                                      
  • 인(P)                                                                                                                                          
  • 칼륨(K)                                                                                                                                      
  • 칼슘(Ca)                                                                                                                                     
  • 철(Fe)

7. 해충 관리                                                                                                                 

물리적 통제                                                                                                                  

생물학적/화학적 통제                                                                                                                 

화학 응용

일반적인 해충                                                                                                 

  • 진드기                                                                                                                          
  • 진딧물                                                                                                                          
  • 애벌레                                                                                                                          
  • 흰 파리                                                                                                                         
  • 총채벌레                                                                                                                                    

물고기 질병 및 치료                                                                                                                  

  • 물고기 질병                                                                                                                               

일반적인 어류 질병 및 치료                                                                                         

  • 기생충                                                                                                                          

백반병                                                                                                                                       

소용돌이 치는 질병                                                                                                      

  • 세균 감염
    콜롬나리스병                                                                                                                 

에로모나스병                                                                                                                 

메기의 장 패혈증                                                                                                                      

  • 바이러스 감염                                                                                                                                          

식물 질병 및 예방                                                                                                                     

  • 세균성 구내염                                                                                                               
  • 회색 곰팡이                                                                                                                             
  • 흰가루병 및 노균병                                                                                                                  
  • 피티움                                                                                                                         

아쿠아포닉 시스템에서 식물 질병을 예방하는 단계                                         

식품 안전 및 위생           

7. 통제된 환경에서의 성장                                                                                                                     

온실의 종류                                                                                                                  

온실 피복 옵션                                                                                                             

난방 및 냉방 옵션                                                                                                                      

  • 난방                                                                                                                                           
  • 냉방                                                                                                                                           

실내 생산           

8. 마케팅 및 경제성                                                                                                                   

경제성                                                                                                                          

마케팅  

9. 인증 및 규정                                                                                                            

유기농 인증                                                                                                                  

자연 재배 인증                                                                                                             

좋은 농업 관행                                                                                                             

위해 분석 및 중요 관리점                                                                                                          

표준 운영 절차                                                                                                             

최고의 양식업 관행                                                                                                       

번식 허가                                                                                                                                   

지향점

방향성

세계 인구는 77억으로 추산되며 2050년에는 100억에 이를 것으로 예상됩니다. 이 증가하는 세계 인구를 먹여 살리려면 식량 생산이 30-50% 증가해야 합니다. 이 증가량 수준의 농작물을 재배하는데 사용되는 토지가 거의 15억 에이커만큼 확장되어야 합니다. 이는 미국 본토의 약 4분의 1 크기입니다.

2020년에 농업은 전 세계 초목의 거의 50%를 활용했습니다. 지구 온난화를 증가시키는 대기 중 CO2 수준의 지속적인 증가는 산림 토지를 식량 생산에 필요한 경작지로 대규모로 전환함으로써 악화될 것입니다. 또한 현재 농업 생산은 인류가 사용하는 모든 물의 90%를 차지합니다. 이러한 자원의 성장과 소비는 지속 가능하지 않습니다. 식량 생산을 늘리기 위한 대안이 필요합니다. 우리는 단순히 우리가 지금 하고 있는 것을 더 많이 할 수 없습니다.

세계자원연구소(WRI)는 최근 “Creating Sustainable Food Future”라는 제목의 보고서를 발표했습니다 (Searchinger et al. 2014). 저자는 환경에 미치는 영향을 증가시키지 않으면서 더 많은 식품을 생산할 수 있는 5가지 “과정” 또는 방법을 제안합니다. Aquaponics는 이러한 여러 계획을 다루는 개념입니다.

WRI 과정 중 하나는 농경지를 확장하지 않고 식량 생산을 늘리는 것입니다. 이를 달성하기 위해 그들은 “천연 자원 사용의 효율성을 높이는 것이 식량 생산과 환경 목표를 모두 충족시키는 가장 중요한 단일 단계”라고 말합니다. 대부분의 권장 사항과 달리 지속 가능성을 위한 경로로 생산 강도를 높일 것을 제안합니다. Aquaponics는 보다 효율적이고 집약적인 식품 생산 시스템 중 하나입니다. 특히 난방 비용이 최소화되는 열대 또는 아열대 기후에서 단위 면적당 생산되는 식품의 양, 물 단위 및 시스템에 추가되는 영양소 단위 측면에서 효율적입니다.

보고서에서 제안된 또 다른 솔루션은 어류 공급을 늘리는 것입니다. 2050년까지 어류 소비가 58% 증가할 것으로 예측된다는 표시가 있습니다(Searchinger외. 2014). 그러나 WRI 연구에서는 같은 기간 동안 포획 어업의 생산량이 실제로 10% 감소할 것으로 가정합니다. 소비 수요를 충족시키기 위해 양식업은 생산량을 최소한 두 배로 늘려야 합니다. 그러나 그것은 5천만 에이커의 새로운 생산 연못 건설을 통해 토지 사용 문제를 추가할 것입니다. 저자들은 양식업도 토지 효율성을 높여야 하며 물 재순환 기술이 생산을 강화하고 토지 사용을 줄이며 더 나은 오염 제어를 제공하는 데 도움이 될 수 있다고 주장합니다.

Aquaponic 생산은 자원 재사용 및 효율성을 위한 유망한 모델입니다. 이것은 다른 재생 농업 기술과 함께 이러한 긴급한 문제 중 많은 부분에 지역적 영향을 미칠 수 있으며 미래 기술 및 개발을 위한 모델 역할을 할 수 있습니다.

1. 개요

아쿠아포닉 시스템 설계는 어류 양식 시스템에 영양분이 풍부한 물을 식물 화단을 통해 뿌리와 직접 접촉 전달하게 만들어 식물에 효과적으로 먹이를 줍니다. 다음으로, 질소 폐기물은 식물에 성장을 위한 흡수에 의해서 제거됩니다. 따라서 물은 효과적으로 청소되고 어류 양식에서 재사용할 준비가 됩니다.

정의

아쿠아포닉Aquaponics(AP)는 순환 양식과 토양이 없는 식물 양식(수경재배)을 결합한 자급자족식 식품 생산 시스템입니다. 대량의 어류 생산으로 인해 식물 재배에 필요한 영양소를 제공하는데 사용할 수 있는 영양분이 풍부한 물이 생성됩니다.

요약

수경재배 시스템의 개발은 순환 양식 시스템(RAS)에서 배출되는 고영양소 폐수와 관련된 비용을 절감할 필요성에서 비롯되었습니다. 집약적인 양식업으로 알려진 RAS는 적은 양의 물에서 많은 양의 물고기를 생산할 수 있습니다. 일부 물은 시간이 지남에 따라 시스템에서 고형 폐기물 및 독성 질소 부산물(암모니아(NH3-N), 아질산염(NO2-N) 및 질산염(NO3-N))이 축적됨에 따라 배출되고 대체됩니다. 집약적 양식에서 배출되는 농축된 부산물은 양식에 대한 소비자의 긍정적인 인식을 가로막는 장벽입니다. 그러나 이러한 축적된 양분은 조성 및 농도면에서 수경재배용 영양액과 유사할 수 있으며 종종 식물이 선호하는 형태로 존재할 수 있습니다(Rackocy et al. 2006). 이 두 가지 생산 기술을 결합하면 어류와 농산물을 효율적이고 지속 가능한 방식으로 재배할 수 있습니다.

중요성

수경재배와 집약적 RAS는 각각 개별적으로 고려할 때 생태학적 및 경제적 단점이 있습니다. 수경 작물은 값비싸고 공급이 어려운 화학 비료에 의존하며 경우에 따라 빠르게 사라지는 천연 자원에서 파생됩니다. 집약적인 어류 생산에서는 고가의 처리 방법이 필요한 농축 폐기물(예: 폐수)이 생성되어 환경 영향에 대한 소비자 인식이 좋지 않습니다. 높은 초기 투자는 잠재적인 생산자에게도 어려움이 될 수 있습니다. Aquaponics는 지속 가능하고 비용 효율적이며 비화학적 영양 공급원으로 식물을 재배하면서 양식 폐수를 활용할 수 있는 기회를 제공합니다.

어류 양식과 식물 생산의 통합은 지속 가능한 농업, 마케팅 다용성, 다중 소득원 창출을 포함하여 농부나 생산자에게 여러 기회를 제공할 수 있습니다. 환경적으로, 수경재배의 식물 성장과 수확량은 수경재배 또는 토양 기반 농업(Pantanella외. 2011, 사비도프외. 2005). 효율적인 물과 토지 사용, 연중 농작물 생산을 강화할 수 있는 능력, 전통적인 농업에 적합하지 않은 지리적 지역에서의 사용에 대한 공유된 핵심 개념은 최근 아쿠아포닉스의 인기를 증가시켰습니다. (Somerville 외. 2014).

생산량은 수경재배와 RAS와 유사한 것으로 나타났지만(Pantanella 2013, Savidov외. 2005), 이러한 시스템의 통합으로 인해 관리가 더 어려워질 수 있습니다. 아쿠아포닉 생산에 관심이 있는 많은 그룹은 높은 초기 비용과 성공을 위한 입증된 모델의 부족으로 인해 주저하고 있습니다. 아쿠아포닉스가 완전한 생태계라는 것을 이해하는 것은 AP 시스템을 구동하는 세 가지 주요 유기체 그룹인 물고기, 식물 및 박테리아에 올바른 조건을 제공하는 데 필수적입니다.

시스템 유형

AP 시스템에는 결합 및 분리의 두 가지 주요 유형이 있습니다. 결합 접근법은 널리 사용되며 알려진 영양소 투입량/값을 시스템에 공급하는 것을 기반으로 합니다. 식물 성장 및 박테리아 소비(바이오 필터 내)에 대한 지원은 일반적으로 상업용 어류 식품에서 나오며 시스템 입력 요구 사항에 포함되어야 합니다. 이 비율은 어류 폐수에서 나오는 독성 폐기물이 축적되지 않고(부족한 바이오필터로 인해) 과도한 질산염이 발생하지 않으며(충분하지 않은 식물로 인해) 질산염 결핍이(식물이 너무 많아) 발생하지 않도록 하는 데 사용됩니다. 아쿠아포닉 시스템의 권장 작동 비율은 구조 및 설계 섹션에서 다룹니다.

어류, 식물 및 박테리아 사이의 광범위한 성장 조건을 감안할 때 결합 시스템은 어류 또는 식물에 대해 최적의 값으로 작동하지 않습니다. 물고기를 위한 이상적인 영양 환경은 일반적으로 대부분의 식물에 영양학적으로 부적절하며 식물에 대한 이상적인 영양 수준은 대부분의 물고기에게 유독합니다. 이러한 이유로, 비록 그 사용 이 널리 보급되지는 않았지만 분리된 시스템이 연구되고 있습니다. 분리된 수경재배 시스템에서 RAS와 수경 재배 구성요소는 결합되지만 독립적으로 제어될 수 있는 별도의 시스템으로 작동합니다(Goddek외. 2016, Pantanella. 2013). 일반적으로 수경법 시스템에 공급되는 물은 식물에 의해 여과된 후 양식 탱크로 다시 들어가지 않습니다. 대신, 수경재배 장치에서 증산 및 증발을 통해 손실된 물은 RAS의 물로 대체되고, RAS에는 차례로 새로운 물로 대체됩니다(Kloas외. 2015). 이 설정은 개별 시스템에 대한 더 큰 제어를 제공하고 각각이 최적의 범 위에서 작동할 수 있도록 합니다. 질병 치료 및 영양 결핍(또는 독성)도 더 쉽게 관리할 수 있습니다. 분리 시스 템은 결합 시스템만큼 잘 연구되지 않았으며 생산자는 수경 재배, 식물 영양소 관리 및 양식 시스템 설계에 대 한 더 높은 수준의 전문 지식을 보유해야 합니다.

2. 구조 및 디자인

대부분의 수경재배 시스템은 동일한 기본 설계 또는 “작업 순서”를 따릅니다(그림 1). 아쿠아포닉 시스템의 주 요 구성 요소는 어류 양식 탱크, 물리적 여과, 생물학적 여과, 수경 재배대 및 집수조입니다. 고형물과 생물학적 여과는 결합되거나(예: 배지 기반 시스템) 다른 단위로 분리될 수 있습니다(예: 심해 재배).

그림 1 아쿠아포닉 시스템의 작업 순서

물고기 양식
아쿠아포닉스용 어항은 다양한 모양, 크기 및 재료로 제공되며, 주로 양식하는 어종을 기반으로 선택이 가능합니다. 대부분의 대형 시스템은 바닥이 평평하거나 원추형인 원형 탱크를 사용합니다. 원형 탱크(그림 2)에 접선 흐름을 사용하면 데드존을 방지할 수 있습니다.

그림 2 접선 또는 원형 흐름 사용

원추형 바닥 탱크를 사용하면 고체가 바닥(콘 내부)에 집중되고 시스템에서 쉽게 배출됩니다. 평평한 바닥 탱크가 더 널리 사용 가능하지만 고형물 제거에는 탱크 바닥 전체에 분산된 유기 물질을 적절하게 제거하기 위한 추가 단계가 필요합니다. 사각 탱크는 모서리에 고형물이나 잔해물이 가라앉을 수 있으므로 추가 청소가 필요할 수도 있습니다(Somerville외. 2014). 어류 양식 탱크의 크기는 RAS 원칙을 따르며 적절한 물의 이동과 흐름에 이상적인 너비 대 높이 비율이 3:1입니다. 어항은 일반적으로 시스템의 가장 높은 지점이며 물은 중력을 통해 물리적 여과 장치로 흐릅니다.

상업용 탱크는 일반적으로 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 플라스틱 또는 유리 섬유와 같은 강력하고 UV에 안정한 재료로 만들어집니다. 소규모 또는 자원이 제한된 지역에서는 중간 벌크 컨테이너(IBC) 또는 선형 시멘트 트로프를 사용할 수 있습니다. 재활용된 많은 탱크에 화학 물질이나 위험 물질이 들어 있어 식용에 부적합한 물고기가 될 수 있으므로 식품 등급수준 및 UV 저항성 물질이 필요합니다.

고형물여과

효과적인 고형물 여과는 잘 작동하는 시스템의 핵심 구성 요소이며 잠재적으로 다른 모든 공정의 효율성에 영향을 미치기 때문에 가장 중요한 부분입니다. 고형물은 대부분 먹지 않은 사료, 어류 배설물 및 박테리아 덩어리 (부유 고형물로 분류됨)에서 생성됩니다(Timmons and Ebeling 2013). 폐기물을 제거하지 않으면 식물 뿌리에 정착하여(영양소 흡수 방지), 유수 속도가 적은 지역에 응집 침전(결과적으로 수질이 좋지 않음), 유독 가스 발생 및 파이프 막힘(충분한 물 흐름 막음) (Somerville외. 2014). 을 유발시킬 수 있습니다. 고형물 여과는 시스템에 들어가는 사료의 품질과 양에 따라 달라지며 모든 설계는 RAS 기술에서 직접 가져옵니다. 고형물 여과의 두 주요 범주는 침전과 기계적 여과입니다(Lennard, 2012).

침강: 침전은 중력을 통해 수조에서 침전되는 고형물을 말하며, 이는 침전시설에서 생성됩니다. 침전조  또는 (고체 제거)의 설계에는 베플, 방사형 흐름 필터 및 소용돌이 분리기가 포함됩니다(그림 3a, b, c). 방사형 흐름 분리기가 가장 일반적으로 사용되며 RAS의 소용돌이 분리기보다 침전 가능한 고형물을 제거하는 데 더 효과적인 것으로 나타났습니다(Davidson 및 Summerfelt 2005). 배플 및 소용돌이 분리기는 고형물 제거 효율이 유사합니다 (Danaher외. 2013). 건축 자재에 대한 권장 사항은 위에서 언급한 어항의 권장 사항을 따릅니다.

그림 3a, b, c

침전 가능한 고형물을 포집하기 위한 침전조 설계: a) 배플, b) 방사형 흐름 필터, c) 소용돌이 분리기

효과적인 고형물 제거를 위해서는 침전조의 적절한 크기와 적절한 물의 유속이 필수적입니다. 침전 가능한 고형물을 제거하기 위해 침전조에만 의존하는 경우 30분의 체류 시간이 필요합니다. 이것은 단순히 중력을 통해 침전될 수 있는 대부분의 고체가 30분 이내에 침전된다는 것을 의미합니다. 작은 탱크의 경우 분당 5 갤런, 큰 탱크의 경우 분당 25갤런의 물 유량을 사용하여 필요한 여과 탱크의 크기를 계산해야 합니다. 크기가 작은(또는 너무 빠른 유속) 여과는 어류 고형물을 제거하는 데 적합하지 않아 시스템에 더 아래부분에 축적됩니다. 마찬가지로 구성 요소의 크기를 크게 지정하면 초기 비용이 증가하고 시설에 더 많은 공간이 필요하며 비효율적인 배출을 통해 더 많은 양의 물을 사용하게 되므로 이상적이지 않습니다.

그림 4 미세 고형물 여과

침전조는 물에 있는 큰 고체 입자만 제거하고 물 밖으로 가라앉기에는 너무 작은 고체를 남깁니다(Summerfelt외. 2001). 이러한 부유 고체는 제거해야 합니다. Virgin Islands대학에서 대중화된 방법은 과수원 그물로 채워진 탱크를 통해 침전조의 물을 보내는 것입니다(그림 4). 그물망 재료는 미세한 고형물을 가두어 깨끗한 물이 표면에서 추출되도록 합니다. 부유 물질을 제거하기 위한 다른 옵션으로는 가는 메쉬 백, 여성용 스타킹, 필터 패드 등이 있습니다. 침전 가능한 고형물이 침전조에서 효과적으로 제거되지 않으면 이러한 방법은 빠르게 막힐 수 있습니다.

기계적 분리: 기계적 분리는 스크린이나 매체를 통해 고체를 능동적으로 제거하는 것입니다(Lennard 2012). 이 필터는 50 미크론보다 큰 고형물을 제거하는 매우 효율적이며 편리한 자동 역세 기능으로 인해 청소 및 유지 관리에 소요되는 시간이 줄어듭니다. 이러한 필터의 예로는 드럼 필터(그림 5a)와 가압 비드 필터(그림 5b)가 있습니다.

기계식 필터는 가격표가 높기 때문에 소규모 시설에서는 사용하기 힘든 경우가 많습니다.

또한 운영하려면 더 많은 고급 지식이 필요하며 개발 도상국에서는 얻기가 어렵습니다.

이러한 유형의 여과는 분리된 대규모 수경재배 시스템 또는 대부분의 작업을 어류 생산에 집중하는 시스템에 적합합니다.

그림 5a 회전 드럼 필터
그림 5b 비드 필터

생물학적 여과

생물학적 여과는 암모니아(NH3 및 NH4+)가 질화 박테리아에 의해 아질산염(NO2)으로 전환된 다음 추가로 질산염 (NO3)으로 전환됩니다. 이 박테리아는 생물학적 여과조에 들어 있는 담체에 부착되어 서식합니다. 통칭하여 바이오필터라고 합니다. 암모니아를 질산염으로 전환하는 과정은 수질 섹션에서 자세히 설명합니다.

RAS에서 바이오 필터는 저압에서 작동하도록 설계되었습니다. Kaldnes 담체, 입상 매체, 플라스틱 볼 또는 단위 부피당 담체의 비표면적 또는 표면적이 큰 기타 불활성 물질과 같은 기질로 채워진 전용 탱크가 있습니다. 비표면적이 높을수록 담체에서 더 많은 박테리아가 성장할 수 있으며 이는 더 높은 암모니아 제거 능력으로 해석됩니다. RAS를 위한 일반적인 생물여과기 설계에는 살수여과, 침지 매체, 유동층, 모래 필터 및 고정층 필터가 포함됩니다. 아쿠아포닉스에서 바이오필터는 별도의 장치 또는 시스템의 일부가 될 수 있습니다. 심층 수경 재배(DWC)에서 식물 홈통 벽, 뗏목 바닥 및 식물 뿌리는 질화 박테리아가 군집화할 수 있는 상당한 표면적을 제공합니다. RAS와 달리 AP 시스템 자체는 일반적으로 박테리아가 서식할 수 있는 충분한 표면적을 제공하며, 특히 적절한 크기의 결합 시스템에 적합합니다. 박막형필름 기법(NFT) 시스템(아래 섹션 참조)은 예외입니다. 물의 얇은 층만 식물에 적용되기 때문입니다. 바이오 필터가 별도의 장치인 경우 고형물 제거 장치 뒤에 위치해야 합니다.

수경재배 시스템

시스템의 수경 재배 부분은 시설 공간의 대부분을 차지합니다. 세 가지 기본 디자인이 사용됩니다. MEDIA GROW BED, DWC(심수 배양) 및 NFT.

그림 6 MEDIA GROW BED

MEDIA GROW BED: 월류수 및 배수 라고도 하는 배지 기반 시스템의 설계는 상당히 간단합니다. 기질로 채워진 용기는 주기적으로 어항의 물로 채워집니다. 그런 다음 물고기 수조(또는 어항)으로 다시 배수되어 식물 뿌리와 질화 박테리아의 기질로 산소를 끌어들입니다. 배지 베드는 식물이 자랄 때 보조해주고 고형물 및 생물학적 필터 역할을 합니다(그림 6). 구성 요소가 상대적으로 적고 구성 및 작동이 간편하기 때문에 이러한 시스템은 애호가 및 개발 도상국에서 많이 사용된다. 그러나 아래에 설명된 다른 유형보다 생산성이 낮기 때문에 배지 베드만 사용하는 상 업적 용도의 경우는 드뭅니다. 배지 시스템에 대한 우선적 법칙은 표 1에 자세히 설명되어 있습니다.

표 1: MEDIA GROW BED 시스템에 대한 우선적 법칙.

기질 특성• 산소와 수분 보유력을 증가시키는 다공성 • 적절한 배수 제공 • 다루기 쉬움 • 가벼운 무게 • 비용 효율적
시스템 디자인• 식물 받침대는 최소 30cm(12인치) 깊이여야 합니다. • 매체 표면에서 조류가 자라는 것을 방지하기 위해 물은 배지 표면 아래 2인치를 유지해야 합니다 • 배지는 식물 베드 부피의 60%를 대체합니다. 어항 또는 물통은 펌프가 마르지 않고 홍수 및 배수 주기 동안 탱크가 넘치지 않도록 크기를 조정해야 합니다 • 어항과 식물 베드만 포함하는 단순한 설계를 위해 어항 부피 대 식물 배지 부피의 1:1 비율. • 섬프를 추가하여 2:1 또는 3:1 비율을 달성할 수 있습니다(그림 5).
운반 능력• 낮은 물고기 입식 밀도 • 물고기 밀도를 높이기 위해 별도의 고형물 여과가 필요함 • 급이율은 심해 양식에 대해 보고된 값보다 25-40% 낮습니다.
물 흐름 관리• 어항의 물은 매시간 식물 배지를 통해 순환되어야 합니다. • 물이 흐르게 함
유지• 고형물 제거를 위해 정기적인 청소 필요 • 빨간 벌레(Red worms)를 추가하여 받침대에 고인 고형물을 제거할 수 있습니다.

자갈, 용암석, 팽창된 점토 자갈 또는 기타 불활성 매체를 포함한 다양한 재료를 기질로 사용할 수 있습니다. 실제 재료는 현지에서 사용 가능한 것으로 제한될 수 있습니다. 시스템의 물 흐름은 타이머나 사이펀으로 제어됩니다. 타이머 방식을 사용하여 설정된 시간 동안 물을 펌핑하여 받침대를 채웁니다. 타이머가 꺼지면 타이머가 펌프를 다시 작동시킬 때까지 물이 배출됩니다. 사이펀 방식은 대부분 자동 벨 사이펀(그림 7a) 또는 루프 사이펀(그림 7b)을 사용하여 시행된다. 두 사이펀 방식 모두에서 펌프는 지속적으로 작동하여 받침대를 채우고 배수하는 속도를 제어합니다. Fox외. (2010) 연구는 자동 벨 사이펀의 구축, 작동 및 문제 해결을 위한 포괄적인 단계별 지침을 제공합니다.

그림 7a, 7b벨 사이펀(a) 또는 루프 사이펀(b)

일정한 흐름의 매체 시스템은 홍수 및 배수 방법에 대 한 대안을 제공합니다. 충분히 폭기된 물이 배양 받침대로 흐릅니다. 월류수와 배수 순환 대신에 스탠드 파이프를 사용하여 수위를 일정하게 유지합니다. 이것은 이러한 유형의 성장 시스템에 필요한 섬프의 크기를 크게 줄입니다.

그림 8 UVI 심층 수경 재배 시스템

DWC(심층수경)재배: 이 재배 방법은 식물을 떠다니는 뗏목에 매달아 뿌리가 물에 매달릴 수 있도록

하는 것입니 다(그림 8). 식물 뿌리는 어항에서 나오는 영양이 풍부한 물과 지속적으로 접촉하고 있습니다. 효과적인 고형물 여과는 고형물이 식물 바닥에 들어가고 식물 뿌리를 막는 것을 방지하기 위해 이러한 시스템의 기본 요구 사항입니다. 또한 식물 뿌리와 유익한 박테리아에 대한 적절한 산소 수준을 유지하기 위해 식물 홈통에 폭기가 제공되어야 합니다. 그들의 수질 매개변수를 보다 안정적으로 유지하는 많은 유지 용량을 포함해 뗏목의 밑면과 물마루의 안감은 질산화 박테리아가 서식할 수 있는 적절한 공간을 제공합니다. 설계 자체는 또한 물이나 공기 흐름의 손실에도 불구하고 뿌리가 물 속에 잠겨 있기 때문에 정전에 대한 방책을 제공합니다.

표 2: DWC에 대한 우선적 법칙.

기질 특성• 뗏목은 일반적으로 HDPE 플라스틱 또는 폴리스티렌 보드로 만들어집니다. • 침대는 시스템의 온도 변동을 방지하기 위해 단열되어야 합니다.
시스템 디자인• 침대의 깊이는 30cm(12인치)여야 합니다. • 침대 너비는 다를 수 있지만 일반적으로 너비가 4피트입니다. • 식물 침대에 고형물이 축적되는 것을 방지하기 위해 효율적인 고형물 여과가 필요합니다. • 어항과 식물 통에 폭기가 필요합니다. • 분당 5-10갤런의 물 유속
운반 능력• 고형물 및 생물학적 여과로 높은 어류 사육 밀도 달성 • 어류 사육 밀도는 60kg/m3(0.5lb/갤런)를 초과하지 않아야 합니다. • 물고기는 하루에 체중의 1-3%를 사료로 섭취* • 잎이 많은 채소의 사료 투입량은 40-60g의 음식/m2/32% 단백질 식단을 제공합니다. • 결실작물을 위한 사료 투입량은 60-100g 식품/m2/일 사료 32% 단백질 식단 • 20-25개/m2의 잎이 많은 채소 비축 • 4 식물/m2로 비축된 열매 맺는 작물
물 흐름 관리• 식물 여물통에서 1-4시간의 수분 보유 시간 • 길고 좁은 침대는 시스템을 통해 물의 이동을 돕습니다.
유지• 미세한 고형물이 물통에 축적될 수 있으므로 제거해야 합니다. • 정화기 매일 배수 • 매주 청소되는 미세한 고체 포집

* 물고기가 하루에 자신의 체중의 5-10%를 음식으로 섭취할 수 있는 초기 단계의 경우는 예외입니다.

심층 수경 재배(DWC)는 배지 기반 시스템보다 더 생산적입니다(생산 kg/m2 재배 공간). 그러나 소규모에서는 관리하기가 더 어려울 수 있습니다. 이러한 시스템은 수경재배 및 수경재배 산업에서 잘 연구되었으며 일반적으로 상업 환경에서 구현됩니다. 바질과 같은 잎이 많은 채소와 허브는 이 생산 시스템에서 잘 작동합니다. 토마토, 오이, 고추와 같은 열매 맺는 작물은 적절한 영양 밀도와 구조적 지원으로 성공할 수 있습니다. DWC 기술은 보급품이나 장비에 대한 접근이 제한된 지역에는 적합하지 않을 수 있습니다. 아쿠아포닉스에서 DWC에 대한 우선적 법칙은 표 2에 나열되어 있습니다.

영양막 기법: NFT(Nutrient Film Technique) 기술은 수경재배 산업에서 직접 나옵니다. 이 방법에서 식물은 얕은 수평 수로의 상단에 삽입됩니다. 작은 물막이 수로를 통해 펌핑되어 성장을 위해 영양분을 이용하는 식물 뿌리와 접촉하게 됩니다(그림 9). DWC와 같은 NFT 시스템은 식물 뿌리의 오염을 방지하기 위해 충분한 고체 여과가 필요합니다. DWC와 달리 NFT 시스템은 채널만으로는 질산화 박테리아의 충분한 성장을 위한 충분한 표면적을 제공하지 않기 때문에 별도의 생물학적 필터가 필요합니다.

이러한 시스템은 배지 기반 시스템보다 설계, 구축 및 관리가 더 복잡합니다. 수로의 크기가 올바르게 지정되지 않으면 식물 뿌리가 파이프를 막아 물의 흐름을 방해할 수 있습니다. 이 설계는 물 흐름이 빠르게 재개되지 않으면 펌프 고장으로 인해 큰 작물 손실이 발생할 수 있으므로 어느 정도의 위험을 가정합니다. 그러나 NFT는 가볍고 물을 거의 사용하지 않으며 쉽게 구할 수 있는 재료로 만들 수 있기 때문에 도시 지역이나 옥상에 훌륭한 시스템이 될 수 있습니다.

아쿠아포닉스에서 NFT에 대한 우선적 법칙은 표 3에 나열되어 있습니다.

그림 9 NFT 시스템 

표 3: NFT에 대한 우선적 법칙

기질 특성• 채널은 사전 제작된 플라스틱, 빗물 받이 재료 또는 PVC 파이프로 만들 수 있습니다. • 화이트 파이프는 내부 채널을 시원하게 유지하기 위해 햇빛을 반사하므로 사용해야 합니다.
시스템 디자인• 정사각형 또는 원형 채널이 적합합니다. • 수로 직경은 작물의 뿌리 크기에 적합해야 합니다. • 잎이 많은 채소 – 파이프 직경 7.5cm • 열매 맺는 작물 ‒ 파이프 직경 11cm • 파이프 끝 부분에 있는 식물의 영양 결핍을 방지하기 위해 채널은 12m를 초과하지 않아야 합니다. • 채널의 기울기는 적절한 흐름을 보장하기 위해 1cm/m이어야 합니다. • 고형물이 튜브를 막을 수 있으므로 효율적인 고형물 여과가 필요합니다. • 무거운 폭기 필요
운반 능력• 적절한 고형물 및 생물학적 여과를 통해 60kg/m3(0.5lb/갤런)의 높은 어류 사육 밀도를 달성할 수 있습니다. • 식물 사이에 최소 21cm가 필요합니다.
물 흐름 관리• 식물 여물통에서 1-4시간의 수분 보유 시간 • 길고 좁은 침대는 시스템을 통해 물의 이동을 돕습니다.
유지• 수확 사이에 채널을 청소해야 합니다. • 발전소는 정전 시 매우 취약하므로 예비 펌프와 발전기가 필요합니다.

* 물고기가 하루에 자신의 체중의 5-10%를 음식으로 섭취할 수 있는 초기 단계의 경우는 예외입니다.

집수정

집수정은 시스템의 가장 낮은 지점이며 시스템 전체에 필요에 따라 물을 분배하기 위해 수집됩니다. 여기에서 수질 샘플을 채취할 수 있으며 물고기나 수경재배 성분을 압도하지 않고 조정할 수 있습니다. 필수 사항은 아니지만 집수정을 추가하면 어항이나 수경재배 구성 요소에서 수위가 변경되는 것을 방지할 수 있습니다. 안전 장치가 설치된 다른 경우에는 어항이나 수경재배 구성 요소를 집수정으로 사용할 수 있습니다.

3. 시스템 기술

수원

물 공급은 시스템 관리 및 성능에 직접적인 영향을 미치므로 중요한 고려 사항입니다. 일반적으로 기후, 연중 시 기 및 생산되는 작물에 따라 전체 시스템 물의 1-3%가 하루에 교체됩니다(Somerville외. 2014). 물은 증발, 식물로의 증산, 그리고 번지고, 청소하고, 수확하는 정상적인 과정을 통해 시스템에서 손실됩니다.

0.8ppt 이상의 염도를 가진 물은 일반적으로 양식 식물의 대부분이 소량의 염분도 견디지 못하기 때문에 아쿠아포닉 생산에 적합하지 않습니다(Shannon and Grieve 1998). 염분 내성이 있는 일반적인 수경재배 작물에는 상추(0.83 ‒ 2.8ppt), 케일(최대 7.4ppt), 근대(1.5 ‒ 3.5ppt), 토마토(최대 5.8ppt)가 포함됩니다(Maggio외. 2007, Shannon과 Grieve 1998, Shannone외.2000). 일부 작물은 염분을 견디는 능력을 나타내지만 생산 중 어느 시점에서 성장이 손상됩니다.

아쿠아포닉 생산자 대부분은 시스템을 위해 빗물, 우물물, 상수도 또는 혼합해서 사용합니다.

빗물: 빗물은 일반적으로 중성 또는 약산성 pH, 약간의 칼슘 및 마그네슘 경도를 가지며 염도가 없습니다 (Somerville외. 2014). 대규모 시스템에서 빗물은 일반적으로 간접비를 줄이고 지속 가능성을 개선하기 위해 다른 요소와 함께 가장 잘 활용됩니다.

빗물 유출은 지붕이나 배수로에서 쉽게 포착하여 나중에 사용할 수 있도록 저장할 수 있습니다. 지붕에서 수집한 물은 새나 설치류 배설물에서 나오는 박테리아와 병원균을 포함할 수 있으므로 사용하기 전에 처리해야 합니다. 고려 사항에는 산성비를 받을 수 있는 지역, 수집을 금지하는 법률, 지붕 재료 및 연식이 포함됩니다. 일부 연구에서는 새 지붕과 노후 지붕이 수집에 적합하지 않다고 제안했습니다(Clark외. 2008), 홑겹나무, 삼나무 및 코팅되지 않은 아연 도금 알루미늄과 같은 재료는 화학 물질, 중금속 및 오염 물질로 물을 오염시킬 수 있습니다.

우물 : 우물은 일부 생산자에게 실행 가능한 옵션입니다. 고려 사항에는 잠재적인 오염 물질과 기반암 조성 이 포함됩니다. 특히 유해한 화학 물질에는 중금속, 철 및 황이 포함됩니다. 석회암으로 구성된 기반암이 있는 대수층은 물의 경도와 알칼리도 농도가 높습니다. 알칼리도(탄산염, 중탄산염 및 수산화물과 같은 물의 염기)는 질화로 인해 아쿠아포닉스에서 자연적으로 낮아지는 pH의 변동을 방지합니다. 또는 어류 생산량이 매우 적은 생산자는 사용 전에 경도 및/또는 알칼리도를 줄이기 위해 수처리가 필요할 수 있습니다(Somerville외.

2014). 물고기의 부족과 그에 따른 사료 투입은 pH를 너무 높게 유지하여 특정 영양소를 식물에 접근할 수 없게 만들 수 있습니다. 수경재배 시스템을 위한 유일한 물 공급원이 될 경우 대수층의 양수율도 결정해야 합니다. 이것은 많은 물을 추가하거나 교체해야 하는 시스템에서 특히 중요합니다.

상수도: 상수도는 아쿠아포닉 시스템에서 사용하기에 이상적입니다. 수돗물의 염소는 박테리아, 병원체 및 조류를 제거하여 안전하고 신뢰할 수 있는 수원으로 만듭니다. 그러나 염소와 클로라민은 물고기에게 유독하고 질산화 박테리아를 죽일 수 있으므로 사용하기 전에 제거해야 합니다. 클로라민은 기본적으로 암모니아에 결합된 매우 안정적인 염소 분자입니다. 염소 단독과 달리 클로라민은 물에서 증발할 수 없습니다. 이것은 농촌 가정에 안전한 식수 공급을 제공하지만 아쿠아포닉 생산자에게는 사용이 까다롭습니다. 물에 있는 유리화 된 염소는 통기와 함께 48-72시간 후에 가스로 배출될 수 있습니다. 클로라민은 화학적 소산(예: 티오황산나트륨) 또는 목탄 여과가 필요합니다. 적은 양의 물 교환을 감안할 때 클로라민은 일반적으로 수경재배 시스템에 부정적인 영향을 미치지 않습니다. 일반적으로 염소/클로라민을 처리하거나 테스트하지 않고 시스템 물의 약 10%를 교체할 수 있습니다.

지표수: 지표수에는 연못, 호수, 강 및 시내가 포함됩니다. 지표수는 병원체, 조류, 달팽이 및 기타 유기체를 유입할 수 있습니다. 또한 많은 지표수는 시스템의 유기체와 소비자에게 식품 안전을 위협하는 오염 물질 또는 농업 유출수로 오염되어 있습니다.

폐기물 처리

아쿠아포닉스에서는 어류 폐수의 회수와 처리가 폐기물 처리보다 더 중요합니다. 사료의 많은 부분이 고형 폐기물로 배설됩니다. 식물 성장에 필수적인 영양소는 이 농축된 슬러지(침전물)에 갇혀 있으므로 생산 비용을 줄이고 영양소 보충의 필요성을 제한하기 위해 회수되어야 합니다. 이러한 영양소의 회수는 수경재배 생산을 폐기물 제로 시스템으로 변화시킵니다. 영양소는 고체의 호기성 또는 혐기성 처리를 통해 회수될 수 있습니다. 경작지나 퇴비화 슬러지에 영양분을 직접 사용하는 것이 적절할 수 있습니다.

그림 10 광물화

광물화: 사료에서 나오는 질소의 약 20%와 인의 약 50%는 물고기의 성장을 위해 사용됩니다(Timmons외, 2018). 질소와 인의 나머지(각각 70%와 30%)는 아가미에 의해 폐기물로 배설되고 미립자 폐기물(질소와 인 각각 10%와 20%)로 배설됩니다. 미세물질에는 거시적 및 미시적으로 물고기가 흡수하지 않는 영양소를 포함한다. 이러한 영양소의 회복은 식물 성장을 개선하고 보충 영양소의 필요성을 제한할 수 있습니다.

어류 폐수의 광물화는 토양에서 발생하는 과정과 유사하게 기능합니다. AP에서는 농축된 어류 폐수가 오프라인 저장 탱크로 배출됩니다. 미생물은 유기 고체 물질을 호기성(또는 혐기성)으로 분해하여 가용성 무기 영양소를 물에 방출하고 식물이 사용할 수 있습니다(델레이드외. 2018, 고덱외. 2018). 무기 형태로만 식물이 이용할 수 있는 영양소입니다. 호기성 조건에서 강력한 폭기는 농축된 고체에 적용됩니다(그림 10). 8~10일 후 통기를 끄고, 고형물이 가라앉고 정화된 물이 시스템으로 방출됩니다(Pattillo 2017). 혐기성 조건에서 박테리아는 산소가 거의 없는 환경에서 유기물을 분해합니다. 혐기성 소화는 바이오 연료로 활용될 수 있는 메탄 가스(CH4)(Dana 2010)와 온실 작물에 적용하거나(Pickens 2015) 묘목 생산에 사용할 수 있는 농축 소화제를 (Danaher 외. 2009, Pantanella외. 2011).  생성합니다. 어류 고형물의 혐기성 소화는 호기성 소화보다 관리하기가 더 복잡하고 많은 소화조가 필요하기 때문에 비용이 많이 들 수 있습니다(Chen외. 1997).

어류 폐수의 효과적인 호기성 광물화의 기초가 되는 미생물 기여 또는 환경 과정에 대한 정보는 제한적입니다. 그러나 연구에 따르면 어류 고형분으로부터의 영양 회복은 상당할 수 있습니다(Cerozi and Fitzsimmons 2017, Cerozi and Fitzsimmons 2016, Goddek외. 2018, Rakocy외. 2016, Tyson외. 2011, Yogev외. 2016, Khiari 외.2019, Graber 및 Junge 2009). 켄터키 주립 대학(KSU) 현장 AP 연구 시스템의 예상 결과에 따르면 14일 동안 어류 방류수의 호기성 광물화가 인산염(PO4) 143% 증가(7.61에서 18.5mg/L). 질산염47% (NO3-N; 28.5 ~ 41.7 mg/L), 20% 이상 Ca(57.97 ~ 74.23 mg/및 K(27.38 ~ 32.7 mg/L)가 시스템 용수(미검시)에 비해 증가했습니다. 그러나 영양소가 폐수에서 회수되고 올바른 형태와 양으로 제공되더라도 다른 영양소 및 수질 화학과의 상호 작용으로 인해 식물이 이를 사용할 수 없는 경우가 있습니다(Bryson and Mills 2014).

직접 처리: 폐기물은 또한 전통적인 열처리 방법을 통해 퇴비화하거나 지렁이 퇴비(벌레 퇴비화)를 통해 토양 개량제로 직접 적용할 수 있습니다. 직접 살포는 저급 비료로 사용하거나 슬러지가 고형분의 1% 미만인 경우 사용해야 합니다. 탈수된 물고기 고형물의 열 기반 퇴비화에는 추가 전문 지식과 노동 비용이 필요하지만 중요한 추가 수입원을 추가할 수 있습니다. Vermicomposting은 전통적인 퇴비화와 유사한 방법을 사용하지만 폐기물을 처리하기 위해 열에 의존하지 않습니다. 벌레는 유기물을 소비하고, 고체 물질을 조각화하고 폭기하며, 잠재적으로 물고기를 위한 추가 살아있는 사료를 제공할 수 있습니다(Yeo and Binkowski 2010). 퇴비에는 식물성 폐기물 또는 기타 퇴비화 가능한 물질이 포함될 수 있습니다. 광물화된 폐수를 병에 담아 가정 정원사 또는 소규모 온실 운영에 직접 판매되는 것은 드문 일이 아닙니다. 그러나 현지 규정에 따라 일부 제한 사항이 적용될 수 있습니다.

4. 성장 관리

어류와 식물의 적절한 관리는 생산 계획에서 자세히 설명되어야 하는 중요한 요소입니다. 규모가 크든 작든 생산자는 최상의 운영 방법을 위한 전략을 구현해야 합니다. 계획의 이 부분에는 최소한 어류와 식물의 비축 밀도, 파종 및 수확 날짜, 시스템 내에서의 위치 또는 이동이 포함되어야 합니다(Bregnballe 2010). 추가 구성 요소에는 연중 안정적인 어류 공급 확인, 공간 및 자원 최대화, 양식 종 및 개별 목표에 기반한 맞춤형 또는 수정 계획이 포함되어야 합니다.

양식에 적합한 어종

불행히도 모든 동물 종이 농장 동물이 되는 데 적합하지 않은 것처럼 모든 물고기 종이 수조 양식에 잘 적응하는 것은 아닙니다. 물고기는 냉혈 동물이기 때문에 성장과 건강에 관한 거의 모든 것이 온도의 영향을 받습니다 (자세한 내용은 표 4 및 6 참조). 양식수의 온도는 시스템에서 어떤 종을 키울 수 있거나 키워야 하는지를 부분적으로 결정합니다. 다른 중요한 요소는 당신이 그것들을 얼마나 조밀하게 키울 것인지, 그리고 어떤 목적이나 시장을 위한 것인지입니다. 입식 밀도에 대한 우선적 법칙은 그로우 아웃 RAS의 물 1갤런당 물고기 무게 0.5파운드입니다. 다음은 특정 시장에서 성장해야 할 사항에 대한 고려 사항입니다.

• 현재 상점이나 레스토랑에서 무엇을 판매하고 있습니까?

• 파머스 마켓과 같은 틈새 시장을 다룰 수 있습니까? 아니면 특정 선호도를 가진 소수 집단이 귀하의 지역에 있습니까?

• 어떤 계절 시장을 다루고 싶습니까?

• 어떤 제품 형태를 다룰 의향이 있습니까?

• 성장 기간 동안 주변 온도는 어떻습니까? 그것이 어떤 에너지를 의미합니까? 처리비용은 얼마입니까?

그림 11 어류 가공 형태

일부 생산자의 경우 물고기는 시스템의 전체 경제에서 중요한 부분이 아니며 주로 식물을 위한 “영양소 생성기”입니다. 다른 사람들에게는 식용 어종을 파는 것이 아쿠아포닉스 시스템의 중 요한 수익 센터입니다. Aquaponic 생산자는 생선과 야채 모두에 대한 원스톱 상점을 제공하는 이점을 가질 수 있습니다. 그러한 경우 Aquaponic 생산자는 최종 어류 제품이 무엇인지 미리 계획해야 합니다. 물고기는 살아있는 상태로 판매됩니까, 얼음 위에서 통째로 판매됩니까, 아니면 가공 처리됩니까? 제품 형태는 그림 11을 참조하십시오. 가공된 생선을 판매하면 제품 형태 및 가공 규정과 관련하여 다음과 같이 더 많은 문제를 고려해야 합니 다.

• 인증된 처리 시설을 이용할 수 있습니까?

• 처리하려는 종에 대한 현재 HACCP 규정이 있습니까?

• 포장 비용은 얼마입니까?

• 처리 및 포장이 예산에 어떤 영향을 미칩니까?

여러 어종은 아쿠아포닉 시스템에서 성공적으로 양식되었습니다. 이들의 전반적인 성장 매개변수는 표 4에 나와 있습니다. 적절한 종을 결정할 때 중요한 요소에는 양질의 모하 또는 새끼어종의 가용성, 시장 규모에 대한 성장률, 사료 비용 및 공급도 포함됩니다. 아쿠아포닉스에서 생산되는 대부분의 식물 작물은 염분 내성이 매우 낮기 때문에 담수종이 선호됩니다. 또한 양식 재활용 시스템에서 키울 수 있는 하이브리드 스트라이프 베스(Morone chrysops x M. saxatilis)는 성공적으로 성장했지만(Diessner 2013). 식물성장을 지원하기 위해 보충되는 높은 칼륨 수치에 대한 편협성으로 인해 아쿠아포닉스에서 제대로 자라나지 않는 것으로 보고되었습니다(Rackocy외. 2006),

표 4: 아쿠아포닉스에 적합한 어종 요약.

어종

틸라피아: 틸라피아(보통오레오크로미스 닐로티쿠스또는 나일 틸라피아(Nile tilapia)는 아쿠아포닉 시스템에 서 가장 많이 양식된 물고기입니다. 그들은 혼잡하고 상대적으로 열악한 수질 조건 모두에 관대합니다. 그들은 25-30°C의 수온에서 가장 잘 자란다. 24°C 미만의 온도에서는 성장이 상당히 느려지고 질병에 걸리기 쉽습니 다. 그들은 쉽고 풍부하게 번식합니다. 사실, 혼성 어류를 사용하는 경우 시스템에서 의도하지 않은 산란은 특히 틸라피아가 사용 가능한 모든 식물 뿌리를 섭취하는 DWC에서 문제가 될 수 있습니다. 단성 물고기 (모두 수컷)를 사용할 수 있으며 선호합니다. 틸라피아는 시장에서 널리 받아들여지고 있습니다. 가능한 경우 활어 또는 전체 생선을 취급하는 소수 민족 시장을 고려해야 합니다. 틸라피아는 최종 무게가 3/4-1lb로 성장할 때 가장 효율적입니다. 필레와 같은 가공 제품의 경우, 틸라피아는 다른 종에 비해 필렛 생산량(체중의 33%)이 낮기 때문에 큰 크기로 키워야 합니다. 틸라피아를 재배하기로 선택한 생산자는 수입 냉동 제품 또는 대형 국내 재활용 시스템과 경쟁하여 시장 가격을 낮출 수 있습니다.

일반 잉어 또는 KOI: 일반잉어와 KOI어는 같은 종(키프리누스 카피오)이다. KOI어는 단지 다채로운 유전적 변종일 뿐입니다. 세계 다른 지역에서 널리 소비되고 있지만 미국에는 잉어를 위한 식품 어시장이 없습니다. 양식용 치어는 일반적으로 쉽게 구할 수 있습니다. 물고기 한 마리당 높은 가격을 받는 관상용으로 판매될 수 있습니다. 주로 물고기를 유기 영양소의 공급원으로 사용하는 시스템의 경우 잉어는 강건하기 때문에 좋은 선택이 될 수 있습니다.

채널 메기:  Channel메기(Ictalurus punctatus)는 미국 남부의 주요 양식업종으로 시장에서 널리 받아들여지고 있지만 판매 가격이 상대적으로 낮아 수익성이 낮습니다. 소수 민족 소비자는 품질이 좋은 전체 메기에 더 높은 가격을 지불할 수 있습니다. 좋은 연못 양식 종이지만 채널 메기는 일부 사람들이 생각하는 것만큼 강건하지 않습니다. 수조에서는 공격적일 수 있으며 먹이를 주는 동안 물고기 머리에 있는 미늘에서 부상을 입을 수 있습니다. 20-28°C의 수온에서 메기는 ESC(메기의 장성 패혈증)로 알려진 세균성 질병에 취약합니다.

큰입 농어: 큰입농어(LMB) 비교적 대중적인 양식어종이 되었다. 그들은 식용과 관상용 두종류로 시장을 가지고 있기 때문에 높은 판매 가격을 가져옵니다. Bass는 치어때는 인공 사료를 쉽게 받아들이지 않으므로 생산자는 사료 훈련을 받은 물고기를 구입해야 합니다. 지금까지 LMB 성장은 수조의 경우 연못에서 자란 물고기보다 훨씬 느립니다(Watts외. 2016). 가축화의 부족과 수조의 고밀도 환경에 가두는 것은 수조 양식 LMB의 수확 시간 증가에 기여합니다. LMB 치어는 연중 대부분 sportfish 공급업체에서 구할 수 있지만 가격 차이가 큽니다. 예를 들어, 4월이나 5월에 2-3인치 치어의 가격은 물고기당 >$1.25 USD이지만 6월에는 물고기당 $0.30-0.40 USD입니다. 2인치 사료 훈련된 치어는 일반적으로 6월 초에 아칸소와 앨라배마의 공급업체에서 구할 수 있으며 6-8인치 치어는 늦가을(보통 11월)에 구할 수 있습니 다.

무지개 송어: 무지개송어는 여기에서 고려되는 모든 물고기 중 가장 긴 양식의 역사를 가지고 있습니다. 다른 것 들은 온난한 수종인 반면, 송어는 최적의 온도가 14-16°C인 냉수종입니다. 그들은 찬물 환경에서 진화했기 때문에 높은 수준의 용존 산소가 필요하고 열악한 수질에 대한 내성이 거의 없습니다. 송어 치어는 미국의 특정 지역(아이다호와 노스캐롤라이나)에서 구할 수 있지만 항상 소량으로 구할 수 있는 것은 아닙니다. 조건만 잘 지켜지면 송어는 빨리 자라서 소비자들에게 좋은 평가를 받고 있습니다. 송어는 성어와 중간기의 경우 최소 45%의 고단백 사료를 필요로 합니다. 송어 생산은 높은 사료 비용과 상업 시장과의 경쟁으로 인해 소규모 생산자를 위해서는 어렵습니다.

바라문디: 바라문디는 동남아시아와 호주가 원산지입니다. 틸라피아와 마찬가지로 다양한 생산 시스템에서 성공적으로 재배되었습니다. 아시아 농어로서 레스토랑과 시장에서 종종 판매됩니다. 빠르게 성장하여 호평을 받는 제품을 생산합니다. 그러나 현재 미국에는 치어의 출처가 없습니다.

치어 생산 공급

어류 양식용 치어는 공급업체로부터 얻거나 사내에서 생산할 수 있습니다. 가용성, 가격, 필요한 치어의 수, 전문 지식 수준이 선택 방법을 결정하는 주요 요소입니다. 양식 종의 유형, 계절 및 위치도 방법에 큰 영향을 줄 수 있습니다.

공급: 소규모 생산자를 위한 최선의 선택은 공급자로부터 구매하는 것입니다. 공급업체는 자세한 번식 기록을 유지하고 고품질의 모하를 사용하며 최상의 양식업 관행(BAP)을 구현해야 합니다. 물고기 치어의 경우 싼 것이 항상 좋은 것은 아닙니다.

치어를 구매할 수 있는 시기를 알면 치어의 품질을 보장하는 데 도움이 됩니다. 배스, 블루길, 옐로우 퍼치 치어와 같은 특정 종은 계절어로 간주되며 먹이 훈련을 받은 후 여름철에 가장 쉽게 찾을 수 있습니다. 비수기에 구할 수 있는 작은 물고기는 기절할 가능성이 있으며 최적의 성장률을 달성하지 못할 것입니다. 틸라피아와 잉어와 같은 종은 일년 내내 지속적으로 구입할 수 있습니다. 공급업체에 관계없이 수산물을 구입할 때마다 적절하게 취급하고 순응시킨 후 1-2주 동안 검역소에 넣어 주 생산 시스템 내에서 질병/기생충 발생을 예방해야 합니다. 검역 기간이 끝날 때 물고기가 건강하면 크기 등급을 매겨 메인 시스템에 양육해야 합니다. 운송 및 보관 중 물에 소금을 추가하면 물고기에 대한 스트레스를 줄여 질병 문제를 예방하고 생존율을 높일 수 있습니다. 운송 및 보관을 위한 염장에 대한 정보는 SRAC 간행물 번호 390(Wynne and Wurts 2011)에서 찾을 수 있습니다.

생산: 자체적으로 치어를 생산하는 경우 생산자는 생산 수요를 충족하는 데 필요한 물고기의 양을 결정해야 합니다. 일반적으로 대형 치어 생산은 최대 생산 능력을 유지하기 위해 수행됩니다. 질병의 확산을 제한하고 최적의 성장 조건을 보장하기 위해 치어 생산을 별도의 시스템에서 수행해야 합니다. 생산자는 또한 알려진 계통, 연령 및 적절한 크기의 모하를 위한 추가 수조가 필요할 것입니다(Egna and Boyd 1997). 산란은 자연적이거나 인공적일 수 있지만 일반적으로 상업적 환경에서 자연스럽습니다(Egna and Boyd 1997). 자체적으로 치어를 생산함으로써 얻을 수 있는 이점은 치어 공급업체를 차단하고, 고품질의 치어을 보장하고, 치어를 신속하게 공급하고, 잠재적으로 치 판매를 통해 추가 수익을 얻을 수 있다는 것입니다.

일부 단점에는 더 많은 공간의 필요성, 양질의 종묘의 필요성, 치어생산 전문성(전문가), 그리고 더 높은 초기 투자의 필요성 등이 있습니다.

물고기 양식

시스템 내 밀도를 잘못 관리하면 영양소 축적/결핍, 고형물 축적, 수질 문제 및 나쁜 물고기 건강 문제로 이어질 수 있으므로 어류 양식은 잘 계획되어야 합니다. 아쿠아포닉 시스템은 일반적으로 0.5파운드/갤런을 초과하는 물고기 밀도에서는 작동하지 않는다는 점을 고려하십시오. 가장 일반적인 어류 생산 계획 중 세 가지는 순차적 양식, 분할 양식 및 다중 사육입니다.

순차적 양식: 순차적 양식은 여러 연령대의 물고기를 포함하는 하나의 수조를 포함합니다(Rackocy et al.2006), 시장 규모의 개체군을 선택적으로 수확하고 치어를 동일한 수로 재입고합니다. 이것은 관리할 수 있는 것처럼 보이지만 필요한 지속적인 등급 매기기는 남아 있는 재고에 스트레스를 주어 질병과 사망의 위험을 증 가시킬 수 있습니다. 또한 발육부진된 물고기는 시스템에 남아 운영 비용에 대한 수익을 내지 못한채 사료를 소비합니다. 어린 물고기는 포식에 취약하기 때문에 육식성 물고기는 이 관리 전략에 적합하지 않습니다.

분할 양식: 물고기 분할은 빠른 속도의 치어투입을 확보해야 하며, 수조의 생체 수용량에 도달하면 개체 수를 절반으로 줄입니다(Rackocyet al.2006). 이점에는 기절된 물고기를 제거하고 인벤토리를 더 잘 제어할 수 있는 기능이 포함됩니다. 그러나 물고기를 옮기면 질병과 물고기 손실의 위험이 높아집니다. 수조를 연결하는 영구적 또는 임시 수로인 수영로가 성공적으로 설치되어 물고기에 대한 스트레스를 제한했지만 물고기의 정확한 수와 무게를 확인하기는 어렵습니다.

다중 양식: 다수의 사육단위를 운용하는 것이 가장 보편적인 어류의 양식 및 관리 방법이다. 이 방법은 여러 수조를 공통 여과 시스템으로 연결해서 상용하는 것이다(Rackocyet al. 2006). 한 수조의 최대 바이오매스에 도달하면 전체 개체군이 일반적으로 해치나 수영로를 통해 연결된 더 큰 탱크로 이동됩니다.

St. Croix에 Virgin Islands 대학교는(UVI)  다중 양식 시스템의 변형을 사용합니다. 그들은 같은 크기의 4개의 어항을 운영하고 있으며, 각 어항에는 같은 연령의 물고기가 있으며 시간 증분으로 비축됩니다. 물고기는 한 수조에서 치어에서 시장 크기로 자라며 수확할 때까지 움직이지 않습니다. 이 시나리오에는 항상 수확 준비가 되었거나 수확에 가까운 수조가 있습니다. 탱크의 부피가 효율적으로 활용되지 않는 동안 물고기 스트레스와 노동 비 용은 감소하는 반면 재고 용량에 대한 지식은 증가합니다(Rackocyet al.2006).

식물

비축 및 수확 전략은 시스템의 수경 재배 부분에서도 구현할 수 있습니다. 가장 일반적인 세 가지 전략은 시차 재배, 일괄 재배 및 간작 재배입니다(Rackocyet al. 2006). 구현 및 성공 여부는 지리적 위치(열대 또는 온대 지역), 작물 품종(잎이 많은 작물과 열매 맺는 작물) 및 시장 수요에 따라 다릅니다.

아쿠아포닉 생산자는 일반적으로 단위 가치당 가치가 낮고 수확량이 많은 잎이 많은 녹색 작물을 재배합니다. 상추, 근대, 케일, 바질 및 기타 허브는 일반적으로 이식 후 3-5주 (종자로부터 6-8주) 사이에 수확할 준비가 되어 있어 안정적인 수입원을 얻을 수 있습니다. 토마토, 오이, 고추와 같은 열매 맺는 식물은 수확하는 데 10-16 주가 걸리므로 성장 기간이 더 길고 수확량이 낮지만 개별 가치는 더 높습니다. 생산자는 종종 시장을 다양화하고 다수의 소비자 그룹에 도달하기 위해 다양한 작물을 재배합니다.

투입물과 제품 산출물을 현실적으로 평가하는 생산 전략에 시간을 투자하는 것이 중요합니다. 시장 수요는 국가, 지역 및 인접 도시 간에도 다양합니다. 생산자는 시스템의 부동산 가치를 종종 평방 피트당 가격으로 계산해 야 합니다. 이를 설명하기 위해 두 가지 유형의 상추를 비교할 수 있습니다. 그림 12는 St. Croix의 University of Virgin Islands에서 재배된 두 가지 다른 유형의 상추를 보여줍니다. Parris Island 로메인은 Boston bibb 보다 높은 개개의 값($/head)을 가지지만, 재식 밀도와 생장 기간을 고려할 때 Boston bibb는 Parris Island 로메인보다 주당 재배 면적의 평방 미터당 더 높은 값을 가져옵니다. 여기서 중요한 점은 고밀도 및 빈번한 수확이 가치를 높일 수 있다는 것입니다. 작물의 개별 가치가 낮은 경우에도. 여기에 제시된 정보는 예시일 뿐이며 특정 작물, 농장, 시장 및 지역별 생산 비용에 맞게 계산해야 합니다.

그림 12 작물의 가치

작물이 수익성이 있는지 이해하려면 가격/m2/주에서 종자에서 수확까지의 노동 비용, 종자 가격, 번식 용품 및 소매 포장을 빼야 합니다. 판매 가격이 “부동산 가치”보다 낮으면 수경 재배 부분이 손실을 입을 수 있습니다. 또한 생산자는 동일한 작물에서 여러 번 수확할 수 있습니다. 케일과 근대는 농산물의 품질 저하 없이 여러 수확을 지속할 수 있는 작물이므로 해당 부동산의 가치를 높입니다. 여기에 포함된 전략은 포괄적인 목록은 아니지 만 개별 공장에 맞게 개발 및 적용할 수 있습니다.

그림 13 시차 작물

시차 작물: 시차 재배는 동일한 시스템에서 여러 단계의 작물을 재배하며 일반적으로 일관되고 규칙적인 수확이 유지되도록 합니다(Somervilleet al.2014) (그림 13). 예를 들어 상추 한 알이 성숙하는 데 3주가 걸린다면 3단계를 동시에 재배하여 매주 수확하게 됩니다. 이 방법은 짧은 시간에 수확할 준비가 된 작물, 일반적으로 잎이 많은 채소 또는 허브에 사용됩니다. 이 방법은 식물에 의한 일정한 양분 섭취를 유지하여 시스템 및 수질 매 개변수를 보다 잘 제어하여 시스템 관리 및 출력을 보다 예측 가능하게 만듭니다.

일괄 작물: 일괄작물은 토마토나 오이처럼 장기간 재배가 필요한 경우에 많이 사용됩니다. 농산물은 숙성되거나 이용 가능해지면 배치로 수집됩니다.

그림 14 간작 작물

간작 작물: 일부 생산자는 그들의 식물을 간작 할 것입니다. 즉, 수확 시간이 짧은 작물을 더 크고 결실을 맺는 작물과 함께 심습니다(그림 14). 예를 들어 생산자가 양상추와 토마토를 함께 재배하는 경우 토마토 캐노피가 그늘을 드리울 만큼 높이 자라기 전에 양상추 작물을 수확할 수 있습니다.

5. 사료

물고기 사료는 아쿠아포닉 시스템의 원동력입니다. 어류 사료는 주로 단백질, 탄수화물 및 지방으로 구성되며 섬유질, 비타민, 미네랄 및 결합제와 같은 기타 성분은 소량입니다. 물고기에 의해 미리 소화된 것이든 단순히 물에서 분해되든 이러한 성분의 영양 성분은 시스템 내 식물의 영양 공급원이 됩니다. 그러나 좋든 나쁘든 이것들은 식물 작물 성장에 사용할 수 있는 유일한 영양소이므로 어류 사료 투입량은 신중한 관리가 필요합니다. 표 5는 체중에 따른 물고기의 급이율을 요약한 것입니다. 식물과 어류의 성장을 지원하는 데 필요한 사료의 양을 계산하려면 사료 전환율(FCR)을 계산해야 합니다. FCR은 획득한 물고기 체중과 관련하여 공급된 물고기 사료의 비율입니다. 이상적인 FCR은 1파운드의 물고기 성장에 1파운드 또는 1파운드의 사료를 공급하는 것입니다. 그러나 더 현실적인 숫자는 1.4-1.8에 가깝습니다. FCR은 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.

FCR = 총 사료 투입량(g) ÷ 총 체중 증가량(g)

단백질은 어류 성장을 제한하는 요소이지만 가장 비싼 식이 성분이기도 합니다. 이러한 이유로 물고기에 적합한 식단을 선택하는 것이 중요합니다. 부적절한 단백질은 성장을 감소시키고 너무 많은 단백질은 비용이 많이 들고 수질 문제로 이어질 수 있습니다. 그림 15는 일반적으로 양식된 어종에 대한 단백질 요구 사항을 자세히 설명합니다.

생산을 위해 사료를 구매하기 전에 실제 고려 사항에는 어류 연령, 사료 크기, 단백질/탄수화물 함량, 부상 사료와 침강 사료, 저장 기간 및 사료 저장 영역이 포함됩니다. 사료 크기를 선택할 때의 우선적 법칙은 사료가 물고기의 입만큼 커야 한다는 것입니다. 물고기가 자라면서 사료의 크기도 커야 합니다. 사료는 부상, 서서히 침강 또는 침강으로 분류되며 올바른 선택은 먹이를 주는 종에 따라 다릅니다. 사료 제조업체는 각 생산 단계에 적합한 사료 유형에 대한 지침을 제공할 수 있습니다. 사료를 저장하는 것은 생산 후 영양 품질이 저하되기 시작하기 때문에 실제로 큰 고려 사항입니다. 어둡고 차갑거나 냉동된 환경에서 사료를 저장하는 것이 영양 품질 저하를 지연시키지만 습기가 유입되어 곰팡이가 핀 알갱이가 될 수 있으므로 바람직합니다. 변형된 사료는 버려야 하고, 또는 정원의 퇴비로 만들어지지만 곰팡이에 의해 생성된 독소가 포함될 수 있으므로 물고기에게 절대로 먹여 서는 안 됩니다. 6개월 연속 생산으로 먹일 수 있는 양의 사료만 구입해야 합니다. 사용하지 않을 경우 사료는 상대습도가 낮은 서늘하고 건조한 장소에 보관해야 합니다.

표 5: Tilapia의 탱크 배양을 위한 권장 사료 차트.

공식화

배합사료는 특정 어류 및 생활 단계에 맞게 배합된 영양학적으로 완전한 사료입니다(그림 15). 농업의 다른 동물성 작물과 달리 어류의 영양 요구량은 단백질, 지방 및 탄수화물 함유물에 대한 종마다 크게 다릅니다. 큰입 농어와 같이 먹이 사슬의 맨 위에서 먹는 육식성 물고기는 고단백과 저탄수화물 식단이 필요합니다. 반면에 메기나 틸라피아와 같은 잡식성 또는 초식성 물고기는 단백질이 덜 필요하고 식단에서 더 높은 수준의 탄수화물을 견딜 수 있습니다. 사료의 영양 성분이 식물이 이용할 수 있는 양분 부하를 유도하기 때문에 이것은 양식에서 중요합니다. 물고기 사료는 물고기에 의해 섭이되고 배설됨에 따라 영양분이 용해되거나 고체 입자 형태로 수중으로 배출되며, 순환되어 식물 성장에 사용됩니다. 예를 들어, 단백질 함량이 높은 사료는 질소가 주로 사료의 단백질에서 파생되기 때문에 시스템에 더 많은 양의 총 암모니아 질소(TAN)를 전달합니다. 특정 사료에서 하루에 생산되는 TAN의 양은 Timmons and Ebeling(2013)의 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있 습니다.

PTAN = 사료 투입량(g) x 단백질 함량(%) x *0.092 ÷ 시간

(* 0.92는 = 0.16 x 0.80 x 0.80 x 0.90을 나타냅니다.)

  • 16%(단백질은 16% N)
  • 80% N이 동화됨
  • 80% 동화된 N이 배설됨
  • N의 90%는 TAN으로 + 10%는 요소로 배설

32% 단백질에서 하루 2,000g 사료에 대한 계산 예:

PTAN = 2,000gx 0.32 x 0.092 ÷ 1일

PTAN = 58.9g

이 비율은 하루 공급 비율의 약 3%에 해당합니다.

그림 15 일반적으로 생산되는 어종에 대한 단백질 요구량 

상업용 양식 사료는 물 속에서 완전성을 유지하기 위해 압출됩니다(즉, 물과 접촉할 때 서로 붙어 있고 쉽게 부서지지 않음). 증기 압출된 사료는 부상되고, 압력/온도 압출된 사료는 가라앉습니다. 사료는 또한 성분 비율(탄수화물 포함 %)과 압출 유형의 조합으로 인해 천천히 가라앉을 수 있습니다. 필요한 사료의 유형은 양식 물고 기의 생물학 및 먹이 특성에 따라 다릅니다.

보충 사료

소규모 및 취미 수경재배 재배자들 사이에서 공통적인 질문은 야채 찌꺼기, 곤충 또는 잡곡을 물고기에게 먹일 수 있는지 여부입니다. 이것은 보충 사료로 알려져 있으며 물고기의 영양소 요구량의 일부만 충족합니다. 이 것은 때때로 물고기가 환경에서 추가 음식을 제거할 수 있는 큰 수역에 포함된 전통적인 양식 관행에서 볼 수 있습니다. 아쿠아포닉스는 완전히 폐쇄된 시스템이기 때문에 완전한 식단을 공급해야 합니다. 또한 물고기가 느슨한 음식이나 찌꺼기를 청소하기 위해 에너지를 소비해야 하는 경우, 물고기는 잠재력을 최대한 발휘하지 못합니다. 적절한 크기의 알갱이 하나에 필요한 모든 영양을 제공하면 물고기가 먹이를 찾는 데 사용하는 대신 더 많은 에너지를 성장으로 전환할 수 있습니다.

대체 식단

대체 식단은 다른 생산 시스템의 부산물인 대량 제품, 비전통적인 재료 또는 농업 폐기물을 활용하는 훌륭한 옵션입니다. 이러한 식단은 현장에서 준비되며 어류와 식물 작물의 영양소 요구 사항을 모두 충족하는 비율로 결합됩니다. 이것이 볼 수 있는 한 영역은 수제 맥주 또는 증류주 양조입니다. 발효 과정에서 사용된 곡물(양조 곡물)은 일반적으로 다른 단백질 성분과 조합하여 사용할 수 있을 만큼 충분히 높은 단백질 함량을 가지며, 이는 재배할 작물에 따라 다릅니다. 또한 동물 가공 공장의 쓰레기, 작물 수확의 스크랩, 지렁이 또는 기타 곤충 출처도 활용됩니다. 사용되는 새로운 곤충 식사 중 하나는 검은병파리 유충(BSFL)입니다. 이것은 특히 좋은 단백질이다. 유충은 “속이 채워져 있다”거나 물고기에게 가장 도움이 되는 이전 섭취 식품 오메가-3 지방산이 높은 음식 같은 것을 먹일 수 있기 때문이다.

6. 수질 관리

아쿠아포닉스에서 물의 화학적 성질을 이해하는 것은 물고기, 식물, 박테리아를 위한 최적의 성장 조건을 제공하는 데 필수적입니다. 순환 시스템에서 물고기를 양식함으로써 온도, 산소, pH 및 물 투명도와 같은 생존에 필요한 모든 필수 요소가 제공되어야 합니다. 모든 유기체와 마찬가지로 아쿠아포닉 시스템에서 배양된 유기체는 성장과 생존을 위한 최적의 범위를 가지고 있습니다. 각 유기체에 대한 최적의 수질 범위 사이에는 중복이 있지만 생산의 여러 측면에서 조정이 이루어져야 합니다(표 6).

아쿠아포닉스에서 고려해야 할 5가지 가장 중요한 수질 화학 매개변수는 용존 산소, 온도, pH, 총 암모니아 질소 및 알칼리도입니다.

표 6: 아쿠아포닉스*를 위한 권장 수질

항목온도 (°C)pH암모니아 (mg/L)아질산염 (mg/L)질산염 (mg/L)용존산소 (mg/L)
상온 물고기22 ‒ 326 ‒ 8.5< 3< 1< 4004 ‒ 6
냉수 물고기10 ‒ 186 ‒ 8.5< 1< 0.1< 4006 ‒ 8
식물16 ‒ 305.5 ‒ 7.5< 30< 1< 250> 3
박테리아14 ‒ 346 ‒ 8.5< 3< 14 ‒ 8
아쿠아포닉을 위한 절충안18 ‒ 306 ‒ 7< 1< 1< 1505 ‒ 8

* FAO 소규모 수경재배(Somervilleet al.2014).

용존산소

물고기, 식물 및 박테리아는 높은 농도의 산소를 필요로 합니다. 산소 함량은 물의 용존 산소(DO)로 정량화되며 리터당 밀리그램(mg/L)으로 표시됩니다(Somervilleet al.2014). 아쿠아포닉 시스템의 집약적인 특성은 산소 보충을 필요로 합니다. 산소는 표면에서 교반하거나 수조에 있는 디퓨저를 통해 시스템에 들어갈 수 있습니다. 어류 사육 밀도, 식물의 수와 유형, 유기 고형물의 양, 생물학적 산소 요구량 및 온도는 모두 필요한 DO의 양을 결정하는 요소입니다(Rackocyet al.2006, Wurts 및 Durborow 1992). DO와 온도는 중요한 관계가 있습니 다. 산소는 따뜻한 물보다 찬 물에 더 잘 녹습니다. 즉, 찬 물은 따뜻한 물보다 더 높은 수준의 용존 산소를 보유할 수 있습니다. 이것은 따뜻한 물 물고기를 키우거나 연중 또는 계절적 온도가 높은 지역에서 작업하는 생산자에게 특히 중요합니다. 용존 산소는 5-8 mg/L 사이로 유지하는 것이 좋습니다. 측정기는 비싸거나 찾기 어려울 수 있으므로 DO는 측정하기 어렵습니다. 이 경우 생산자는 DO 관상용 테스트 키트를 구입하거나 지역 판매지점 또는 대학에 연락하여 도움을 받을 수 있습니다.

온도

아쿠아포닉스에서는 기온보다 수온이 더 중요합니다. 많은 물의 화학적 요인은 존재하는 독성 암모니아(이온화되지 않은)의 양과 산소의 용해도와 같은 온도의 영향을 받습니다. 또한 물고기와 식물의 건강과 생존에 직접적인 영향을 미칩니다. 물고기는 온열성 또는 냉혈 동물입니다. 이것은 그들의 체온이 수온에 의존한다는 것을 의미합니다. 극한의 온도에서 물고기는 먹기를 멈추고 무기력해지고 질병에 걸리기 쉽습니다. 식물에서 고온은 칼슘과 같은 필수 식물 영양소의 흡수를 감소시키고 서늘한 기후의 작물에서 조기 개화를 촉진하며 다음과 같은 피티움종 식물 뿌리 병원체의 가능성을 증가시킬 수 있습니다. 이 때문에 일교차 특히 큰 폭의 일교차를 막는 것이 중요하다. 수면을 가리거나 덮고, 어항과 식물 받침대를 단열하고, 온실에서 수동 난방 또는 태양열 난방을 활용하는 것은 많은 생산자가 사용하는 전략입니다. 계절에 따라 온도가 급격히 변하는 온대 지역에서 생산자는 계절에 따라 어류와 작물을 교대로 재배하여 난방 또는 냉방 비용을 줄일 수 있습니다.

pH

pH는 용액의 산도 또는 염기도를 측정한 것입니다. 자유 수소 이온(H+), 여기서 더 많은 H+존재하면 용액이 더 산성입니다. 산성 용액은 pH가 낮습니다. pH는 1-14의 척도로 측정되며 7은 중성입니다. pH 값이 7 미만이면 용액이 산성이고 7 이상이면 용액이 염기성임을 나타냅니다. pH는 로그 스케일로 기록되므로 많은 실무자 에게 직관적이지 않습니다. 예를 들어, 수경재배 시스템의 pH가 7로 측정되면 2주 후에 5로 측정되면 pH가 2 도가 아니라 100배 정도 떨어진 것입니다. pH 스케일을 이해하는 것은 물 관리 및 수정에 중요합니다.

그림 16 토양 pH 및 영양소

물고기, 식물 및 박테리아는 pH에 대한 특정 허용 범위를 가지고 있습니다. 최적의 범위를 벗어난 매개변수를 견딜 수 있지만 수준 이하의 조건은 성장과 생존에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 물고기는 6.0-8.5의 광범위한 pH를 견딜 수 있지만 변화에 천천히 적응해야 합니다. pH는 식물과 박테리아에 특히 중요합니다. 모든 미량 영양소와 다량 영양소는 pH 6.0-6.5 사이에서 식물이 사용할 수 있습니다(그림 16). 이 범위 이상 또는 이하에서는 특정 영양소를 식물에 사용할 수 없습니다. pH가 7.5를 초과하면 철, 인, 망간과 같은 식물에 필수 영양소(Somervilleet al.2014가 빠르게 결핍됩니다. 반대로, 낮은 pH는 질산화 박테리아에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 6.0 미만 에서는 암모니아를 질산염으로 전환하는 능력이 크게 감소합니다.

pH에 영향을 미치는 많은 요인이 있습니다. 질산화(다음 섹션에서 설명) 및 어류 사육 밀도는 H+및 CO2를 생성하여 pH를 낮춥니다. pH를 적절한 배양 수준으로 올리려면 조정이 필요합니다. pH 관리는 일관된 모니터링 및 기으로 시작됩니다.

pH가 낮으면 수산화칼슘(소석회; Ca(OH)2), 농업용 석회(탄산칼슘(CaCO)), 수산화칼륨 (KOH) 또는 탄산칼륨(K2CO)과 같이 총 알 칼리도를 증가시키는 화학물질을 사용할 수 있습니다. 칼슘과 칼륨 염기 추가는 어류 식품에 포함되지 않은 필수 영양소를 제공하기 위해 교대로 사용됩니다. 높은 pH(10-11)로 인해 이러한 염기는 pH를 너무 빨리 올리지 않도록 주의해서 소량으로 첨가해야 합니다. 질산화는 물의 총 알칼리도를 고갈시키고 H+를 방출하여 pH를 지속적으로 낮추므로 일관된 모니터링이 중요합니다. pH를 낮추어야 하는 필요성은 일반적으로 질산화로 인해 아쿠아포닉 생산자에게 문제가 되지 않습니다. 그러나 생산자는 pH를 안정화하거나 알칼리도를 증가시키기 위해 경수 또는 화학 물질을 추가하여 수원을 수정해야 할 수도 있습니다. 시스템의 pH가 지속적으로 높은 경우 사이클링 후에도 첫 번째 단계는 시스템에 고형물이 축적되지 않는지 확인하는 것입니다. 축적되는 고체는 혐기성(산소가 낮거나 없는) 영역을 형성합니다. 혐기성 조건이 발생하면 질산염이 다시 암모니아로 전환되는 탈질소라는 과정이 발생합니 다. 이 변형 동안 알칼리도가 방출되어 pH를 안정화시킵니다.

암모니아성 질소(TAN)

질소는 어류 사료의 조단백질로 아쿠아포닉 시스템에 들어갑니다. 어류 사료에 포함된 단백질의 약 30%가 어류에 의해 소비됩니다. 70%는 소화되어 고형 폐기물로 방출되거나 아가미 또는 요소를 통해 암모니아로 배설됩니다(Timmons and Ebeling 2013). 총암모니아질소(TAN)는 비이온화 암모니아(NH3, 물고기에게 유독함)와 이온화 암모니아(NH4+무독성). 한 형태가 다른 형태보다 존재하는지 여부는 pH와 온도에 따라 다릅니다. 높은 pH(염기성)와 온도에서는 독성 암모니아의 비율이 더 높습니다. 낮은 pH(산성) 및 온도에서 암모니아는 과량의 H.+이온에 결합하여 독성이 덜한 형태인 암모늄이 됩니다. 일반적으로 수질 테스트는 NH4+ 및 NH4를 모두 포함하는 TAN 값을 제공합니다. 독성 암모니아의 정확한 값은 기록된 온도와 pH를 교차하는 숫자(표 7)에 현재 TAN 값을 곱하여 결정할 수 있습니다. (Masser외.1999).

질산화 과정을 통해 박테리아는 암모니아-질소(NH3)를 아질산염(NO2)으로 그 다음 질산염 (NO3)으로 전환합니다. 암모니아와 아질산염은 질산염보다 물고기에게 100배 더 독성이 있습니다(Somervilleet al.2014). 식물은 주로 암모늄(NH4) 아미노산 및 L-글리신 형태의 질소를 이용합니다. (Rentschet al.2007, Sanchez 및 Doerge 1999). 완전히 기능하는 아쿠아포닉 시스템에서 암모니아와 아질산염 값은 0에 가까워야 하고 질산염은 150mg/L 미만이어야 합니다. 물고기는 400mg/L까지 훨씬 더 높은 수준을 견딜 수 있지만(Timmons and Ebeling 2013), 250mg/L를 초과하는 값은 식물에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다(Rackocyet al.2006). 관리 관점에서 성장 조건을 최적화하려면 어류 및 식물 종의 허용 범위를 아는 것이 중요합니다. 과도한 수준에서 이러한 독성 화합물은 물고기의 아가미를 손상시키고 성장을 방해할 수 있습니다.

표 7: 다양한 pH 값 및 온도에서 독성(비이온화) 형태의 총 암모니아 비

알칼리도

알칼리도는 수질에서 종종 간과되는 측면이지만 안정적인 시스템을 유지하는 데 필수적입니다. 알칼리도는 pH 변화를 완충하거나 저항하는 물의 능력을 측정한 것입니다(Wurts and Durborow 1992). 알칼리도의 가장 흔한 형태는 탄산염(CO3) 및 중탄산염(HCO3). 이 탄산염은 유리화된 수소 H+에 결합합니다. 질화의 결과로 pH 강하를 방지합니다. 알칼리도가 낮고 질산화율이 일정한 물은 pH가 크게 변동하여 물고기, 식물 및 박테리아의 건강에 해로울 수 있습니다. 60-140 mg/L 사이의 알칼리도를 유지하는 것이 좋습니다.

알칼리도는 종종 물의 경도와 혼동됩니다. 경도는 원천수에 존재하는 양이온, 즉 칼슘(Ca2+) 및 마그네슘(Mg2+) 이온으로 결정됩니다. 석회암 기반암의 물은 경도가 높고(120-180 mg/L), 연수는 경도가 낮습니다(0-60 mg/L). 연수는 빗물 또는 화산암의 지하수와 관련이 있습니다. 적절한 경도가 결여된 물은 Ca2+및 Mg2+로 보정을 받아야 합니다. 식물과 물고기 모두에게 필수적인 이온입니다.

알칼리도는 일반적으로 아쿠아포닉스에서 정기적으로 테스트되지 않지만 pH를 높이기 위해 염기를 추가하여 유지됩니다. 위에 나열된 것 외에도 알칼리도 및 pH를 증가시키기 위한 비화학적 조치에는 잘게 부순 조개 껍질, 거친 석회암 모래 및 부순 백악을(Somervilleet al. 2014). 메쉬 백에 넣고 pH 또는 알칼리도가 적절한 수준으로 올라갈 때까지 섬프에 추가할 수 있습니다. 시스템 규모에 따라 이러한 수정 사항의 유효 기간과 교체 빈도가 결정됩니다. 시스템에 오염 물질이 유입되지 않도록 이러한 품목을 철저히 세척해야 합니다.

시스템 순환

그림 17 시스템 순환

순환은 생물학적 필터를 설정하는 과정을 말합니다. 이는 6주에서 8주가 소요될 수 있습니다(그림 17). 질산화 박테리아는 환경에서 자연적으로 발견되므로 이 과정은 암모니아 공급원을 추가하는 것으로 시작됩니다. 이것은 잘 확립된 시스템에서 물고기 또는 물고기 사료를 첨가하여 달성할 수 있습니다. 물고기를 사용하여 시스템을 순환할 때 가장 흔한 실수 중 하나는 처음에 너무 많은 물고기를 추가하는 것입니다. 암모니아 수치가 급증하여 종종 물고기가 사망합니다. 총 어류 용량의 20%로 시작하는 것이 좋은 우선적 법칙입니다. 이를 통해 적절한 시스템의 특정 생물학적 여과조를 안정화할 수 있습니다. 물고기가 없는 사이클링 전략을 사용하는 경우 가정용 암모니아를 사용할 수 있습니다. 이러한 세제 제품에 일반적으로 첨가되는 계면활성제는 시스템에 적합하지 않기에 그것이 없는 암모니아를 공급하는 것이 중요합니다.

시정 조치

  • 낮은 용존 산소(5 mg/L 미만): 폭기 증가, 교정될 때까지 사료 감소
  • 낮은 pH(6.0 미만): 염기성물질(수산화칼슘, 탄산칼슘, 수산화칼륨 또는 탄산칼륨)를 추가하고 교정될 때까지 사료 감소
  • 높은 암모니아(1 mg/L TAN 이상): 시정될 때까지 사료 감소, 20% 물교환 수행, 고형물 축적 확인, 생물학적 여과율 증가
  • 높은 아질산염(0.5mg/L 이상): 시정될 때까지 사료 감소, 20% 물 교환 수행, 생물학적 여과 증가
  • 지속적으로 높은 질산염: 어류 바이오매스 또는 사료 공급량 감소, 식물 바이오매스 추가
  •  0으로 지속되는 질산염: 어류 사료 또는 어류 바이오매스 증가
  • 저 알칼리성: 탄산염 추가 ex. (탄산칼슘, 탄산칼륨)

* 참고사항: 시스템에 염기성 물질을 추가할 때는 주의해야 합니다. 이러한 화학 물질을 조금만 첨가하면 pH가 크게 증가합니다. 염기 추가는 추가 전에 계산해야 합니다. 항상 조심하는 편을 택하십시오.

7. 식물 영양소

대부분의 식물은 뿌리, 줄기, 잎, 꽃, 열매의 다섯 가지 주요 구조로 설명할 수 있습니다. 용해된 영양소와 물은 수동 및 능동(에너지 필요) 수송을 통해 뿌리를 통해 식물로 들어갑니다. 줄기에 위치한 목부(xylem)는 모세관 작용을 통해 뿌리의 털에서 식물의 본체로 물과 미네랄을 이동시키는 단방향 수송 통로입니다. 줄기는 일반적으로 잎, 새싹 및 기타 기관의 주요 지지 구조입니다. 잎은 식물의 발전소이며 태양 에너지를 사용하여 이산화 탄소(CO2)와 물을 포도당(에너지)과 산소(광합성 과정)로 전환합니다. 포도당은 체관부를 통해 식물의 다른 부분으로 운반됩니다. 꽃과 열매는 식물의 생식 기관입니다. 꽃이 열매로 발전하려면 수정이 필요합니다. 이것은 바람, 곤충, 새, 포유류 등에 의해 이루어질 수 있다. 온실에서, 꽃들은 풍기들이 식물을 부드럽게 흔들어 꽃가루 알갱이를 방출하게 하거나 면봉 또는 부드러운 페인트 브러시를 사용하여 수동으로 꽃가루를 수분시킬 수 있습니다.

토양에서와 마찬가지로 아쿠아포닉스에서 자라는 식물은 광합성, 용해된 무기염, 박테리아와 균류에 의해 생성되는 대사 산물로부터 성장과 번식을 위한 영양분과 에너지를 얻습니다. 아쿠아포닉스에서 영양분은 물고기에 게 먹이를 주는 것에서 파생됩니다. 식물은 다양한 이온을 흡수하는 속도를 선택하는 능력이 있습니다. 영양분이 적당량 공급된다고 해서 식물이 그것을 흡수하는 것은 아닙니다. 식물에는 최적의 건강과 성장에 필요한 16 가지 필수 영양소가 있습니다(표 8). 필수 영양소는 유기체에서 합성할 수 없는 영양소로, 구조적, 거시적, 미시적 유형으로 분류되어 식물에 필요한 양을 나타냅니다.

영양소는 이동성에 따라 분류할 수도 있습니다. 이동 영양소는 필요에 따라 식물 전체에 걸쳐(보통 새로운 성장으로) 수송될 수 있는 요소입니다. 움직이지 않는 영양소가 잎(일반적으로 더 오래된 잎 또는 기본 잎)에 침착되면 고정되어 식물의 다른 부분으로 이동할 수 없습니다. 이는 원인 이온을 좁혀 영양 결핍의 징후가 명백할 때 생산자에게 도움이 될 수 있습니다. 이동성 영양소 결핍은 오래된 잎에서 발생하는 반면 부동 영양소는 식물의 새로운 성장에서 발생합니다. 3가지 영양소는 식물 성장을 지원하기 위해 어류 사료에 적절한 양으로 제공되지 않습니다. 이러한 영양소는 칼슘(Ca), 칼륨(K), 철(Fe)입니다. 위에서 논의한 바와 같이 CaCO3와 K2CO3는 pH를 수정하고 필수 영양소를 제공하는데 사용됩니다. 철분은 킬레이트 형태로 보충되며, 물에 녹도록 유지하고 시스템에서 산화되는 것을 방지합니다. Fe-DTPA는 아쿠아포닉스(6.0-7.5)에 적합한 pH에서 더 안정적이고 다른 형태보다 비용 효율적이기 때문에 권장됩니다.

표 8: 최적의 건강과 성장을 위해 식물이 필요로 하는 16가지 필수 영양소. 원으로 표시된 요소는 아쿠아포닉스의 제한 영양소를 나타냅니다. 이동 영양소는 (m)으로 표시되고 부동 영양소는 (i)로 표시됩니다.

식물 영양 공급 측정

영양분은 물고기 사료의 아쿠아포닉 시스템으로 들어갑니다. 식물이 이용할 수 있는 질소의 양은 사료의 단백질 함량과 직접적인 관련이 있습니다. 단백질 함량이 높을수록 식물 성장에 더 많은 질소를 사용할 수 있습니다. 불행히도 고단백 사료는 매우 비싸므로 배양 종에 필요한 것보다 더 높은 단백질 사료를 급여하는 것은 엄청난 비용이 듭니다. 질소는 구조적 구성 요소가 질소가 풍부한 아미노산으로 구성된 단백질의 분해에서 나옵니다. 먹이에서 나오는 질소(N)의 약 20%와 인(P)의 약 50%는 물고기가 성장을 위해 사용합니다. N과 P의 대부분(각각 70% 와 30%)은 아가미에 의해 폐기물로 배설되고 나머지(N과 P는 각각 10%와 20%)는 미립자 폐기물로 배설됩니다. 미세먼지, 우리가 아쿠아포닉스에서 “고체”라고 부르는 것에는 물고기가 흡수하지 못하는 다량의 미량 영양소도 포함되어 있습니다. 이 폐기물을 활용하는 것은 광물화를 통해 달성할 수 있습니다.

표 9: 14일 후 광물화된 아쿠아포닉 시스템 유출수의 영양 분석.

범주0일차14일차% 변화
pH6.546.48– 1%
EC0.60.7627%
주요양이온(PPM)   
    
칼슘(Ca)57.9774.2328%
마그네슘(Mg)13.3117.5432%
칼륨(K)27.3832.6519%
나트륨(Na)33.8943.6829%
암모늄(NH4-N)0.790– 79%
주요음이온(PPM)   
질산염(NO3-N)28.4741.7447%
염화물(CI)46.7662.6134%
불소(F)000%
황산염(SO4)53.2958.9211%
인산염(PO4)7.6118.5143%
탄산염(CO3)000%
중탄산염(HCO3)19.8122.2112%
알칼리도(mg)16.2518.2112%
추적(PPM)   
알루미늄(알루미늄)0.010.05400%
철(Fe)1.951.950%
망간(Mn)0.0010.03290%
아연(아연)0.370.4214%
구리(Cu)0.020.08300%
붕소(B)0.060.0833%
몰리브덴(Mo)000%

물고기 폐기물의 광물화는 토양의 과정과 유사하게 기능합니다. 아쿠아포닉스에서는 농축된 물고기 폐수가 오프라인 저장 탱크로 배출됩니다. 미생물은 유기 고체 물질을 호기성(또는 혐기성)으로 분해하여 가용성 무기 영양소를 물에 방출하고 식물이 사용할 수 있습니다(Delaide외. 2018, Goddek 외. 2018)). 입자상 물질의 침전과 상부에서 사이펀현상을 통해 영양이 풍부한 물에 접근할 수 있습니다.

물고기 폐수의 효과적인 호기성 광물화를 달성하는 데 필요한 이상적인 환경 조건에 대한 정보는 제한적입니다. KSU 현장 아쿠아포닉 연구 시스템의 예측 결과에 따르면 14일 동안 물고기 방류수를 광물화하면 인산염(PO4)이 143% 증가하고 질산염(NO3-N)이 47% 증가합니다, 그리고 시스템의 물에 비해 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 및 칼륨(K)이 20% 이상 증가합니다 (표 9). 미립자 고형물은 NPK 비율이 4:5:1일 뿐만 아니라 주목할 만한 수준의 Ca 및 Mg를 가지고 있습니 다.

식물 영양소는 물과 식물 조직의 실험실 테스트를 통해 정량화됩니다. 테스트는 농부들에게 다소 비용이 많이 들 수 있으며 (일반적으로 샘플당 $20-$75 USD) 결과가 즉각적이지 않습니다. 일부 대학에서는 절차를 신속하게 처리하고 비용을 절감할 수 있는 무료 시험을 제공할 수 있습니다.

물의 전기 전도도(EC)를 측정하는 것은 영양염의 농도를 결정하는 데 도움이 되지만 식물이 사용할 수 있는 영양소를 정량화하지는 않습니다. 수경재배에 허용되는 EC 범위는 0.5~2.0μS/cm입니다.

일반적인 영양소 결핍

아쿠아포닉스 생산자가 마음에 새겨두면 좋을 도움이 되는 기술은 영양소 결핍을 시각적으로 진단하는 능력입니다. 식물이 결핍 증상을 보이면 이미 심각한 스트레스가 발생하고 있습니다. 조기 발견과 진단이 중요합니다.

제거 과정은 재배자가 영양 결핍을 성공적으로 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다. 주요 요인에는 식물에서 발생하는 위치(이동성 또는 고정성 영양소) 인식이 포함됩니다. 색상 패턴 또는 전체 모양과 같은 일반적인 모양을 기록합니다. 빛이나 열 손상과 같은 문제를 일으킬 수 있는 다른 요소를 제거합니다. 다음은 아쿠아포닉스에서 발생하는 일반적인 영양소 결핍입니다.

그림 18a 질소 결핍

질소: 아쿠아포닉 시스템에서는 흔하지 않지만 질소 결핍은 시스템에 있는 식물의 양에 비해 양식 장치의 크기가 작을 때 가장 흔히 발생합니다. 오래된 잎의 완전한 백화(황변)가 첫 번째 징후이며 처리하지 않으면 전체 식물로 퍼질 수 있 습니다(그림 18a). 다른 징후로는 성장이 느리거나 발육 부 진과 늘어져 보이는 식물이 있습니다. 질소 결핍은 일반적으 로 적절하게 설계되고 순환이 잘 되는 아쿠아포닉스 시스템에서 문제가 되지 않습니다.

그림 18b 인 결핍

: 식물의 인 결핍은 오래된 잎의 짙은 녹색 및/또는 자주 색 착색이 특징입니다(그림 18b). 그것은 또한 잎의 끝과 가 장자리에 나타나서 불타는 것처럼 보일 수 있습니다. pH가 6.0-7.5 범위를 벗어나고 온도가 ≤ 10도(Islam et al. 2019). 증상은 성숙한 식물보다 인에 대한 상대적 수요가 더 큰 어린 식물에서 더 두드러집니다.

그림 18c 칼륨 결핍

칼륨: 칼륨 결핍은 바로 눈에 띄는 증상을 나타내지는 않습니다. 잎 가장자리는 검게 그을리거나 그을린 것처럼 보이며 나중에 괴사 영역으로 합쳐지는 작은 검은 반점이 있습니다 (그림 18c). 잎의 가장자리가 아래로 접혀 성장이 제한됩니다. 칼륨은 적절한 꽃과 과일 발달을 위한 핵심 영양소입니 다. 칼륨의 부적절한 공급은 꽃이 식물에서 떨어지는 결과를 초래할 것입니다.

높은 칼륨 농도는 식물에 의한 칼슘 흡수를 감소시킬 수 있습니다. 칼륨은 아쿠아포닉스의 제한 영양소이며 식물 성장에 필요한 수준을 유지하기 위해 보충되어야 합니다.

그림 18e 칼슘 결핍
그림 18d 상추에서의 칼슘 결핍

칼슘: 칼슘은 아쿠아포닉스의 제한 영양소입니다. 이동성 영양소이기 때문에 새로운 식물 성장에 결핍이 나타납니다. 징후는 작고 변형된 잎으로 가장자리가 그을릴 수 있습니다 (끝 화상)(그림 18d). 토마토 과일의 끝 꽃 썩음은 칼슘 결핍의 특징적인 징후입니다(그림 18e). 적절한 칼슘이 존재하더라도 습한 조건에서 식물에 들어가는 것이 제한되고 칼륨과 적대적인 관계를 가졌습니다 (Somervilleet al.2014).  CaCO3 외에도 분쇄된 산호는 아쿠아포닉 시스템에서 칼슘 수준을 유지하고 알칼리도를 높이는 데 사용할 수 있습니다. 으깬 산호를 사용하는 것은 일화이지만 중소 규모 시스템에서 효과적이었습니다. 외부 유기체나 질병이 시스템에 유입되지 않도록 살균된 소스를 사용하는 것이 중요합니다.

그림 18e  칼슘 결핍

: 철분은 더 쉽게 인식되는 결핍 중 하나입니다. 철 결핍은 잎맥 사이의 백화현상(황변)을 특징으로 합니다(그림 18f). 정맥 자체는 녹색으로 유지됩니다. 철은 움직이지 않는 영양소이므로 새 잎에 증상이 나타납니다. 징후는 마그네슘 결핍과 유사하게 나타나지만 마그네슘 증상이 오래된 잎에 나타나기 때문에 쉽게 구별됩니다 (마그네슘은 이동성 영양소임). 킬레이트화된 철이 시스템에 추가되어 Fe 수준을 2mg/L로 유지합니다.8.

7. 해충 관리

아쿠아포닉 시스템에서 해충을 제거하는 것은 전통적인 토양 기반 또는 수경 재배 방법보다 어렵습니다. 일반적인 살충제는 일반적으로 매우 낮은 농도에서 수생 척추동물에게 유독합니다. 많은 실무자들은 해충 관리(IPM)로 알려진 해충 예방 및 감소를 위해 생태계 기반 접근 방식을 구현합니다. 이 전략은 물리적, 환경적, 생물학적 및/또는 미생물 제어의 갈래 접근 방식을 구현할 수 있습니다.

물리적 통제

곤충이 온실에 들어가는 것을 방지하는 것이 아쿠아포닉스를 위한 최고의 해충 관리 전략입니다. 예방은 일관된 모니터링과 물리적 통제를 통해 이루어집니다. 접착제, 페로몬 또는 라이트 트랩을 사용하여 곤충의 유형과 침입 수준을 모니터링할 수 있습니다. 스크린은 효과적인 물리적 제어가 될 수 있으며 실외 시스템에서 사용하거나 온실의 통풍구를 덮는 데 사용할 수 있습니다. 메쉬 크기는 중요한 고려 사항이며 공기 흐름과 환기를 제한하지 않으면서 가능한 작아야 합니다. 일반적인 해충에 대한 스크린 크기는 총채벌레의 경우 0.15mm, 흰 파리와 진딧물의 경우 0.73mm, 단옆충의 경우 0.8mm입니다. 그러나 가장 효과적인 모니터링 도구는 “농부의 그림자”(운영자에 의한 면밀한 모니터링)입니다. 물리적 통제에는 근로자를 위한 위생 구역과 사내 식물 묘목 생산도 포함될 수 있습니다.

생물학적/화학적 통제

IPM 전략은 생물학적 및/또는 미생물 통제를 통합할 수도 있습니다. 이러한 방제는 숙주 특이성, 환경적 이점, 화학 물질 적용과 함께 사용할 수 있는 능력, 야생 생물, 인간 및 표적 해충과 밀접하게 관련되지 않은 기타 유기 체에 독성 및 비병원성을 포함하는 많은 생태학적 이점이 있습니다. 이것이 정확하고 표적화된 통제 수단이라는 점을 고려할 때 비용이 상당할 수 있습니다.

생물학적 통제는 개체 수를 통제하기 위해 표적 해충의 포식자를 활용합니다. 효과적이기는 하지만 유익한 곤충의 사용은 소규모 또는 취미 아쿠아포닉스 시스템의 경우 엄청난 비용이 들 수 있습니다. 이 전략은 먹이가 빠르게 고갈되어 유익한 곤충에게 먹이가 없을 수 있으므로 엄격한 포식자-피식자 비율이 필요합니다. 거미, 무당벌레, 사마귀, 땅벌, 기생 말벌과 같은 포식성 벌레는 해충 퇴치에 효과적입니다.

라벤더, 바질, 로즈마리, 금잔화, 국화, 피튜니아, 육식성 식물과 같은 특정 식물에는 진딧물, 총채벌레, 가루 이, 거미 진드기 및 유충과 같은 해충을 퇴치하는 천연 오일과 전술이 있습니다. 천연 해충 퇴치제는 식물 생산 지역 내부와 외부에 이러한 식물을 대량으로 보유함으로써 달성할 수 있습니다.

화학 응용

생물학적 또는 미생물 공급원에서 파생된 살충제 또한 효과적이고 널리 이용 가능합니다. 살충제는 동물, 식물, 박테리아 및 특정 광물과 같은 천연 물질에서 파생됩니다. 일반적인 생물 살충제는 생물 살균제 (Trichoderma), 생물 제초제(Phytopthora) 및 생물 살충제((Bacillus thuringiensis, B. sphaericus 포함합니다. B. thuringiensis(Bt)는 특정 야채 해충을 표적으로 하는 점점 더 일반적인 메커니즘이 되었습니다. Bt는 독성 단백질 결정을 포함하는 포자로 구성됩니다. 박테리아를 먹는 특정 곤충은 독성 결정을 장으로 방출하여 소화액으로부터 해충의 위장을 보호하는 시스템을 차단합니다. 위를 관통하여 위 내용물과 포자 자체에 중독되어 곤충을 죽입니다. 이 동일한 메커니즘이 Bt를 새, 물고기 및 포유동물에게 무해하게 만드는 것입니다. 이들의 산성 내장 조건은 박테리아의 효과를 무효화합니다.

미생물 살충제는 자연적으로 발생하거나 유전적으로 변형된 박테리아, 곰팡이, 조류, 바이러스 또는 원생동물에서 유래합니다. 이러한 화합물은 독성 화합물의 방출, 세포 기능의 파괴 및 물리적 효과를 포함하여 다양한 작용 방식을 취할 수 있습니다. 예를 들어, Beauvaria Bassiana는 단단한 곤충의 키틴(껍질) 아래에 들어가 탈수와 죽음을 초래하는 곰팡이입니다.

아쿠아포닉스 농장에 사용되는 화학적 해충 구제에는 neem오일과 추출물, 비누, 제충류 기반 제품 및 OMRI 승인을 받은 모든 것이 포함됩니다. 이러한 화학 물질은 적당히 사용해야 하며 식물이나 물고기의 피해를 방지하기 위해 라벨 지침을 따라야 합니다. 수경재배 시스템에 화학물질을 적용하기 전에 물고기와 생물여과기에 미치는 영향을 고려해야 합니다. 화학 물질과 물 사이의 접촉을 제한하는 것은 중요하며 심해 배양 및 배지 기반 시스템에서 더 어려울 수 있습니다.

다음은 수경재배 시스템에 살충제가 안전한지 계산하는 방법에 대한 예입니다(Storey 2016).

메모: 물질안전보건자료(SDS)를 참조하여 시험 인구의 50%가 사망하는 LC50 값 또는 살충제의 치사 농도를 찾으십시오. 무지개송어나 틸라피아가 보고되는 경우가 많습니다. 가장 짧은 시간 동안 가장 낮은 농도를 사용해야 합니다.

실시예 1): Pyrethrum ‒ Pyganic 1.4의 활성 성분

1 단계: 화학 물질의 SDS 시트에서 LC50 값 결정 ‒ 0.0014 mg/L

2 단계: 시스템의 LC50 값을 결정하십시오. 시스템의 부피를 리터로 잡고 LC50(96시간) 값을 곱합 니다. 2,000갤런(7,580L) 시스템을 예로 들어 보겠습니다.

7,580L/sys. X 0.0014mg/L = 10.61mg/시스템

3단계: pyrethrin 농도를 측정하고 혼합되는 pyrethrin의 양을 결정합니다.

라벨은 2-4 Tbsp/갤런 사이인 압축 분무기에서 물 1갤런당 1-2액량 온스의 Pyganic 1.4를 혼합할 것을 권장합니다. 2,000갤런 시스템에서 전체 작물에 0.75갤런의 혼합물을 살포할 수 있으며, 가장 높은 적용률은 약 3Tbsp(또는 1.5액량 온스)입니다.

라벨에는 0.05파운드의 활성 성분(피레트린)이 59액량 온스에 해당한다고 나와 있습니다.

0.05파운드 피레트린/59액량 온스 = 0.0008475파운드 피레트린/액량 온스

0.0008475 lbs 피레트린/플루이드 온스 X 453,592 mg/lb = 384 mg 피레트린/플루이드 온스

4단계: 얼마나 많은 pyrethrin이 시스템에 적용되고 있는지 확인하십시오.

1.5 액량 온스/시스템 X 384 mg 피레트린/액체 온스 =576 mg 피레트린/시스템

5단계: 응용 프로그램 농도를 시스템의 LC50과 비교하십시오.

576 mg 피레트린/시스템2,000갤런 시스템의 LC50 값보다 훨씬 큽니다(10.61mg/시스템2 단계로부터) 이것은 이 제품이 적용하기에 좋은 선택이 아님을 의미합니다.

실시예 2): Azadirachtin ‒ AzaMax 생물학적 살충제, 살충제 및 살선충제의 활성 성분

1 단계: 화학 물질의 SDS 시트에서 LC50 값을 결정합니다. 무지개 송어의 경우 4mg/L(96시간)입니 다.

2 단계: 시스템의 LC50 값을 결정하십시오. 시스템의 부피를 리터로 잡고 LC50(96시간) 값을 곱합 니다. 2,000갤런(7,580L) 시스템을 예로 들어 보겠습니다.

7,580L/sys. X 4 mg/L mg/L = 30,320 mg/시스템

3단계: pyrethrin 농도를 측정하고 혼합되는 pyrethrin의 양을 결정합니다. 레이블은 2-4 Tbsp/갤런 사 이인 압축 분무기에서 물 1갤런과 AzaMax 1-2액량 온스를 혼합할 것을 권장합니다. 2,000갤런 시스템에서 전체 작물에 0.75갤런의 혼합물을 살포할 수 있으며, 가장 높은 적용률은 약 3Tbsp(또는 1.5액량 온스)입니다.

라벨에는 제품에 액체 oz당 0.35g의 아자디라크틴이 포함되어 있다고 나와 있습니다. g를 lb로 변환:

0.35g 아자디라크틴/온스 ÷ 454g/lb = 0.0007716lbs 피레트린/액체 온스

0.0007716 lbs 피레트린/플루이드 온스 X 453,592 mg/lb = 350 mg 피레트린/플루이드 온스

4단계: 얼마나 많은 pyrethrin이 시스템에 적용되고 있는지 확인하십시오.

1.5 플루이드 온스/시스템 X 350 mg 피레트린/플루이드 온스 = 525 mg 피레트린/시스템

5단계: 애플리케이션 농도를 시스템의 LC50과 비교합니다.

525 mg 피레트린/시스템2,000갤런 시스템의 LC50 값보다 훨씬 작습니다.30,320mg/시스템2) 단계 부터. 이것은 이 제품이 아쿠아포닉 시스템에서 사용하기에 안전하다는 것을 의미합니다. 제품이 일반적으로 안전하더라도 물과 유기체에 대한 노출을 제한하는 것은 여전히 중요합니다.

일반적인 해충

진드기: 진드기는 수백 종의 식물에 영향을 미치는 매우 흔한 해충입니다. 이 작은 절지동물은 길이가 1mm 미만인 경우가 많으며 매우 작으며 빠는 입 부분을 가졋다. 진드기에 의한 식물 손상에는 잎에 갈색 반점이 생기고, 잎 가장자리가 뒤집히고, 식물 성장이 저해되고, 식물 구조 사이의 물갈퀴(거미 진드기)가 포함됩니다. 증상은 바이러스 감염, 특히 넓은 진드기에 의한 증상은 더 유사할 수 있으므로 현미경으로 식별해야 합니다. 진드기는 일반적으로 10-14일의 수명 주기를 가지며 어둡고 습한 조건에서 번성합니다. 치료 옵션에는 neem 오일과 무당벌레, 딱정벌레, 풀잠자리, 해적벌레, 총채벌레, 진드기, 큰눈벌레와 같은 육식성 곤충이 포함됩니다. 일반적인 유형에는 거미 진드기, 넓은 진드기, 적갈색 진드기 및 시클라멘 진드기가 있습니다.

진딧물: 대부분의 채소 정원사와 식물의 주요 천적인 진딧물은 식물을 매우 파괴할 수 있습니다. 진딧물은 일반적으로 복부 바닥에 두 개의 꼬리 모양 돌출부가 있는 배 모양입니다(그림 19a). 수명 주기는 10일에서 3주로 매우 짧습니다. 그들의 번식 능력은 특히 통제하기 어려운 곤충으로 만듭니다. 진딧물은 유성 또는 무성으로 번식할 수 있으며 환경에 따라 둘 사이를 전환할 수 있습니다(Van Emden 및 Harrington 2017). 대부분의 진딧물은            

임신으로 태어납니다. 암컷은 수컷과 암컷의 자손을 모두 생산하는 딸 클론을 만들어 유성 생식과 결국 난자를 낳거나 암컷 진딧물이 수컷의 도움 없이 단순히 자신의 살아있는 복제 클론을 만들 것입니다. 암컷 클론은 겨울을 살아남고 더 많은 클론을 만들어 주기를 계속할 수 있습니다.

진딧물은 일반적으로 새로운 성장체, 새싹의 바닥 및 잎의 밑면에 군집 클러스터에서 발견됩니다. 먹이는 체관에서 필수 영양소와 포도당을 빼내는 입 부분을 긁으면서 발생합니다. 그 결과, 진딧물에 감염된 식물의 잎은 종종 시들거나 변색되거나 발육부진해 보입니다. 진딧물은 개미를 유인하는 당분이 풍부하고 끈적끈적한 액체인 단물이라는 물질을 배출합니다. 개미는 포식자로부터 진딧물을 보호합니다.

운 좋게도 무당벌레 딱정벌레(무당벌레)는 천연 진딧물 포식자입니다. 다른 처리 옵션에는 높은 질소 수준을 피하고, 강한 물 분무로 진딧물을 물리적으로 제거하고, 식물에 비눗물 용액을 적용하고, neem 오일을 적용하는 것이 포함됩니다(Flint 2013).

애벌레: 나비와 나방의 애벌레 단계인 애벌레는 짧은 시간 안에 잎이 많은 작물을 파괴할 수 있습니다(그림 19b). 그들의 탐욕스러운 식습관은 그들을 가장 중요한 농업 해충 중 하나로 만듭니다. 성인은 꽃가루 꿀을 먹고 식물에 위험하지 않습니다. 그러나 성충을 발견하면 애벌레도 있을 수 있습니다. 애벌레는 구멍이나 큰 결손 부분으로 나타나는 잎 손상을 일으킵니다. 프라스(Frass) 또는 대변 침전물은 작은 갈색/검정색 알갱이로 나타나며 손상된 조직 근처에 존재합니다.

일반적인 해충에는 Brassica sp.의 양배추 루퍼와 양배추 벌레(그림 19c), 거저리 나방(그림 19d), 다이아몬드 등나방(그림 19e), 뿔나방(그림 19f), 사탕무우거미벌레(그림 19g) 및 자벌레(그림 19h)가 있습니다.

일반적인 치료법에는 수동 제거, B. thuringiensis(Bt), 암살자 벌레, 풀잠자리 등이 있습니다. 화학약품 적용은 종종 표적 해충보다 유익한 곤충에 더 피해를 주고 내화학성을 유발하므로 권장되지 않습니다

파리: 흰 파리는 다양한 채소 작물에서 중요한 해충으로 수액을 빨아먹는 곤충입니다(그림 19i).

미국에는 채소 작물에 영향을 미치는 3가지 주요 흰파리, 즉 고구마, 온실 및 줄무늬 날개 흰파리가 있습니다(Natwicket al.2016). 이 종의 성충은 몸집이 작고(1.52mm) 노란색의 몸체와 날개가 흰색의 왁스 같은 가루로 덮여 있습 니다. 대부분의 생애 단계는 성충과 약충이 먹이를 먹는 잎의 밑면에서 발견됩니다. 일반적으로 영향을 받는 작물에는 콩, 브로콜리, 양배추, 콜리플라워, 오이, 가지, 멜론, 고추, 호박, 토마토, 수박이 있습니다.

심각한 감염 수준을 가진 식물은 성장이 둔화되고 잎이 황변되거나 은빛이 되며 낙엽이 되어 수확량이 감소할 수 있습니다. 흰파리가 먹이를 섭취하는 동안 배설되는 단물은 채소 작물의 품질과 시장성을 저하시킬 수 있습니다. 아마도 흰파리로 인한 가장 큰 피해는 100가지 이상의 다양한 식물 바이러스에 대한 매개체로서의 역할일 것 입니다.

천적은 온실의 해충 수준을 줄이거나 제어하는 데 효과적일 수 있습니다.

일반적인 생물학적 통제는 포식자(풀 갈퀴, 눈다랑어 딱정벌레, 무당벌레), 기생충(특히 기생 말벌인 Encarsia formosa) 및 진균 곤충 병원체입니다. 살충제 비누와 오일은 흰파리를 어느 정도 통제할 수 있지만 활성 화합물은 곤충이 숨어 있는

잎의 밑면을 덮어야 합니다.

19j 총채벌레

총채벌레: 총채벌레는 온실과 실외 시스템 모두에서 채소 작물의 일반적이고 지속적인 해충인 작고 좁은 곤충입니다(그림 19j). 채소 작물에 영향을 미치는 수백 종의 종 중에서 서양화채 총채벌레와 양파 총채벌레가 가장 널리 퍼져 있습니다. 여기 언급된 다른 곤충과 마찬가지로 총채벌레는 잎에서 물과 영양분을 빼내고 은빛 먹이 흉터와 식물 성분의 시들음으로 변색되는 상태를 만듭니다.

알은 일반적으로 식물 조직 내부에 낳아 흉터를 남기기 때문에 모든 생애 단계에서 손상을 입을 수 있습니다. 일반적으로 유충과 성충의 생애 단계는 식물 섭식 행동과 식물에 바이러스를 전염시킬 위험으로 인해 가장 피해를 줄 것입니다. 총채벌레는 3-5주 안에 수명 주기를 완료합니다.

총채벌레는 종에 따라 식물에서 직접 보기 어려울 수 있습니다. 흰 종이 위에 잎사귀를 흔드는 것은 벌레를 더 잘 보이게 할 수 있습니다. 치료 옵션은 종에 따라 다릅니다. 생물학적 방제는 풀잠자리 유충, 해적 벌레, 총 채벌레를 포함합니다.

총채벌레를 예방하기 위해서는 배양환경 관리와 예방이 핵심이다. 식물의 바닥에 끈끈이 트랩을 사용하거나 흉터를 위해 잎 밑면을 검사하는 것은 총채벌레의 존재를 모니터링하는 방법입니다. 총채벌레는 재배 장비에 대한 적절한 위생 프로토콜을 사용하고, 집에서 자란 묘목만을 사용하고, 식물이나 온실 근처에 잡초가 많은 지역이나 무성한 초목을 방지함으로써 예방할 수 있습니다.

총채벌레를 치료하는 데 화학 약품을 사용하는 것이 효과적일 수 있지만 대부분의 약품은 총채벌레를 완전히 죽이지 않고 대신 먹이를 못먹게해 곤충을 굶깁니다. 플랜트 내에 존재하는 수명 주기 단계로 인해 시스

템에서 제거하거나 발병을 제어하기 위해 여러 애플리케이션이 필요할 수 있습니다.

채소 해충에 대한 보다 포괄적인 개요는 아래에서 확인할 수 있습니다.

물고기 질병 치료

물고기 양식은 본질적으로 지저분한 사업입니다. 물고기에 영향을 미치는 세균성 병원체와 기생충은 자연적으로 발생하며 본질적으로 기회주의적입니다. 좋은 관리, 적절한 사육 관행, 매일 물고기 관찰은 물고기 건강과 관련된 많은 문제를 예방할 수 있습니다. 아쿠아포닉 시스템의 물고기 생산에 대한 적절한 관리 기술에는 시스템 설계, 수질 모니터링 및 조정, 장비 유지 관리, 사료 저장, 아프거나 죽은 물고기를 제거하기 위한 물고기 관찰, 작업자 위생이 포함되어야 합니다. 물고기 질병의 일반적인 외부 물리적 징후는 다음과 같습니다.

물고기 질병

출혈: 혈액의 비정상적인 분비

병변: 궤양, 수포 또는 구내염과 같은 병든 조직의 정의된 영역

반점 또는 농포

창백하거나 부어오른 아가미: 물고기가 수면에서 공기를 마시기 위해 “헐떡임”과 함께 발견

어두운 색상

피부 또는 아가미에 과도한 점액

피부 벗겨짐

수척

복부 팽창

안구돌출증: 팝아이

물고기 양식과 관련된 병원체에는 곰팡이, 박테리아, 바이러스 및 기생충의 네 가지 주요 그룹이 있습니다. 일반적인 물고기 질병과 치료는 다음과 같습니다. 일반적으로 아쿠아포닉 생산 시스템에서 볼 수 있는 질병은 환경적 또는 물리적 스트레스의 결과입니다(그림 20). 스트레스는 1) 거칠거나 과도한 취급, 2) 양식되지 않은 어종의 수조 시스템 투입 또는 부적절한 사육 밀도, 3) 부적절한 사료 공급, 또는 영양, 4) 열악하거나 부적절한 수질 조건에서 비롯될 수 있습니다.

그림 20 물고기 질병을 유발하는 요인

물고기를 비축하기 위한 준비로 바이오 필터를 설치해야 하며(어류가 시스템에 비축되기 전에 확립된 박테리아로 채워짐) 수질 매개변수는 양식 중인 물고기 종에 대해 허용 가능한 범위 내에 있어야 합니다. 일단 물고기가 현장에 도착하고 신규 또는 기존 생산에 비축되기 전에 소금, 포르말린, 과망간산칼륨 또는 기타 승인된 치료법을 사용하여 외부 기생충에 대해 예방적으로 격리하고 치료해야 합니다. 아쿠아포닉 시스템에 도입된 화학 물질로 인해 바이오 필터가 손상되고 전체 공정을 다시 시작해야 하므로 처리는 생산 시스템 외부에서 이루어져야 합니다. 물고기의 외형이나 행동에 신체적 이상이 있는지 관찰해야 합니다. 많은 질병은 비정상적인 수영 패턴을 관찰하여 먼저 감지됩니다. 비정상적인 행동의 징후에는 빙글빙글 도는 것, 첨벙거리는 것, 흔들리는 것, 헐떡거리거나 옆으로 헤엄치는 것 등이 있습니다. 검역 시설 및 일반적으로 양호한 어류 취급 프로토콜에는 1) 탱크, 장비, 사료 또는 물고기와의 상호 작용 전후에 손을 씻는 것, 2) 검역 또는 생산 구역에서만 그물 및 기타 장비를 사용하는 것, 3) 완전히 건조하거나 균일하게 건조하는 것이 포함되어야 합니다. 박테리아, 곰팡이 및 기생충을 죽이기 위해 사용 사이에 표백(표백제 양동이 또는 스프레이 병을 통해), 4) 교차 오염을 방지하기 위해 하루의 마지 막 작업으로 검역소에서 작업으로 할 것.( Arthur 외. 2008) 이를 통해 살아 있는 수생 동물에 대한 검역 절차에 대한 포괄적인 개요를 제공합니다.

물고기를 비축하고 시스템이 작동되면 수질 화학 반응을 정기적으로 수행하고 그 결과 수치를 물고기와 식물 모두에 대해 허용 가능한 것인지 확인하는 것이 중요합니다. 물의 화학적 문제는 자체 수정되지 않으므로 문제가 확인되는 즉시 필요한 조정이 이루어져야 합니다. 조기 발견과 개입은 시장 출시 시간과 작물 수확량 모두에 대해 생산량을 극대화하는 최선의 방법입니다.

생산 과정에서 집약적 양식을 위해 수조에 갇힌 물고기는 스트레스를 받을 수 있으며 이는 여러 가지 방식으로 나타납니다. 스트레스를 받은 물고기는 사료를 끊을 수 있습니다(섭식 중단). 수조벽의 측면을 공격하여 자기 몸이나 지느러미에 찰과상을 입습니다. 공격적으로 서로를 물어뜯는다. 심지어 수조에서 뛰쳐나와 사망에 이르기도 합니다. 스트레스가 많은 양식 조건은 물고기의 면역 체계를 약화시켜 박테리아 및 곰팡이 감염에 더 취약하게 만듭니다. 일반적으로 질병의 첫 징후가 나타나면 물고기는 먹지 않습니다. 이 때 약용사료는 무용지물이며 화학적 처리가 필요하다.

물고기가 스트레스를 통해 질병에 걸리는 또 다른 방법은 열악한 수질 조건입니다. 이것은 열악한 수질 화학과 부적절한 수질 조건의 결과일 수 있습니다. 예를 들어, 물고기는 급성 또는 만성적으로 용존 산소 수준이 낮을 때 스트레스를 받고 질병에 더 취약합니다. 또 다른 예는 때때로 물고기를 과잉 공급하는 것입니다. 과량의 단백질은 총 암모니아-질소로 분해되고, 이는 더 나아가 이온화되지 않은 암모니아-질소 및 아질산-질소의 독성 성분으로 분해됩니다. 바이오 필터 구성 요소는 이러한 화합물을 질산염으로 전환하기에 충분하지 않아 수질이 좋지 않아 물고기에게 스트레스를 줍니다. 이러한 독성 성분은 높은 pH 및 온도 상승과 같은 문제로 인해 더욱 악화됩니다.

물고기에 대한 스트레스를 방지하기 위해 일반적인 우선적 법칙은 시스템의 사료 투입을 중단하거나 줄이는 것입니다.

• 온도가 종 범위를 벗어날 때

• 물고기가 아프거나 스트레스를 받을 때

• 운송 전/후 24~48시간

• 샘플링 24시간 전

• 처리 3-4일 전

• 낮은 용존산소량으로 존재할 때

• 수질 매개변수가 수준 이하인 경우

생산에 투입된 물고기가 병에 걸리면 즉시 시스템에서 제거하여 처리하거나 폐기해야 합니다. 물의 조정은 즉시 이루어져야 하고, 비축율을 확인하고, 물 흐름을 확인하고, 물 교환이 필요할 수 있습니다. 화학 물질은 결합된 아쿠아포닉 시스템과 함께 사용할 수 없기 때문에 생산 시 전체 처리를 위한 좋은 처리 옵션이 없습니다. 물고기는 제거되거나 격리되어 격리 처리되고 나중에 다시 투입될 수 있습니다.

시스템 설계는 질병 예방에 중요한 역할을 합니다. 물고기 양식에 사용되는 탱크는 원형이어야 하며 침전 가능한 고형물을 제거하기 위해 바닥이 원추형인 것을 선호합니다. 탱크는 소독이 용이하고 시스템의 나머지 부분과 개별적으로 격리될 수 있으며 수주에서 물고기를 볼 수 있는 창이 있도록 설계해야 합니다.

일반적인 어류 질병 치료

기생충

그림 21a 백반병(Ich) 

Ich(백반병): Ich는 Ichthyophthirius multifiliis(Ich) 기생충에 의해 발생합니다. Ich는 감염된 물고기의 피부 및/또는 아가미에 작은 흰색 반점으로 나타납니다(그림 21a). 물고기는 탱크 바닥, 벽 또는 수면에 빠르게 문지르거나 긁는 움직임을 특징으로 하는 “철퍽거리는” 행동을 보일 수 있습니다 (Durborowet al.2000). 과도한 점액이 일반적으로 존재합니다. 그러나 유일한 명확한 징후는 죽거나 죽어가는 물고기일 수 있습니다. Ich에 대한 치료는 어렵습니다. 그러나 수온을 85°F 이상으로 올리면 Ich의 수명 주기를 방해하여 Ich를 죽일 수 있습니다. 격리 탱크 또는 분리된 시스템에 대한 화학적 처리에는 포르말린, 황산구리(CuSO4) 또는 과망간산칼륨(KMnO4)의 다중 처리가 포함됩니다. 투여하기 전에 적절한 용량 비율을 확인하십시오. 이러한 화학 물질은 식물 성분과 접촉해서는 안 되며 격리된 탱크에서 관리되어야 합니다. 단순히 물고기를 수확하는 것이 가장 간단한 해결책일 수 있습니다.

소용돌이 치는 질병: Myxobolus cerebralis에 의해 발생하는 회오리병은 주로 연어류(송어 및 연어)를 감염시키며 영향을 받은 물고기를 통해 양식 시스템에 유입될 수 있습니다. 증상으로는 비정상적인 수영, 등부위의 어두워짐, 골격 변형(Idowuet al.2017)이 있습니다. 회오리병에 대한 진정한 효과적인 치료법은 없습니다. 생산자는 회오리병이 없는 것으로 인증된 부화장에서만 연어와 치어를 구입하고 생산을 위해 처리된 물 또는 지하수를 사용해야 합니다.

세균 감염

그림 21b 컬럼나리스병

컬럼나리스병: Flavobacterium columnare 세균감염으로써 양식물고기에서 흔히 볼 수 있습니다. 일반적인 증상으로는 피부의 붉거나 창백한 궤양이 있습니다. 아가미 및/또는 입 그리고 피부의 황색 점액, 아가미의 괴사/미란이 있다. Saddleback은 컬럼나리스에 의해 발생하는 흔한 병변이며 몸을 둘러싸는 옅은 흰색 안장 같은 띠로 나타납니다(그림 21b). 박테리아는 정상적인 양식 조건에서 질병을 일으킬 수 있지만 물고기가 낮은 산소, 높은 암모니아, 높은 아질산염, 높은 수온, 거친 취급, 기계적 부상 및 무 리에 의해 스트레스를 받을 때 더 잘 발생합니다. (Durborow 외.1998). Columnaris는 일반적으로 KMnO4를 사용하거나 Terramycin®(oxytetracyline HCl)을 사용하여 물을 화학적으로 처리합니다. 항생제 Aquaflor®, Terramycin® 또는 Romet®이 포함된 약용 사료가 효과적일 수 있습니다. 화학 처리제 또는 항생제 사료는 식물 성분과 접촉하지 않아야 하며 격리된 수조에서 투여해야 합니다.

그림 21c 아에로모나스

아에로모나스: 아에로모나스는 널리 퍼져 있으며 일반적으로 담수 배양 환경에서 분리되는 박테리아의 속입니다. 물고기에 있는 이 박테리아에 의해 발생하는 질병을 운동성 아에로모나스 패혈증(MAS) 이라고 합니다. (Hansonet al.2019). 아에로모나스 감염은 아마도 양식된 온수 물고기에서 진단되는 가장 흔한 세균성 질병 일 것입니다. 패혈증이 있는 물고기는 종종 피부, 눈, 지느러미에 출혈(붉은 부분 또는 반점)이 있습니다. 팽창된 복부; 비늘 주머니의 부종으로 인한 나른한 비늘(수종); 및/또는 붉고 염증이 있는 항문(그림 21c). 내부적으로 근육과 내장 조직은 종종 붉고 체강은 혈액을 포함할 수 있습니다. 일반적인 MAS는 취급시의 문제, 온도 충격, 수질 스트레스 요인, 산란 또는 공격성과 같은 선행 요인에 기인할 수 있습니다. 치료는 현재 Aquaflor®, Terramycin® 및 Romet®-30의 세 가지 항생제로 제한됩니다. 처리된 물고기를 가공/수확하기 전에 각 항생제에 대한 적절한 중단 시간을 준수해야 합니다. 식물 요소와 접촉이 생기지 안케 해야하며 격리된 수조에서 처리는 진행되야 합니다.

메기의 장성 패혈증(ESC): ESC는 ‘홀인헤드병’이라고도 하며 Edwardsiella ictaluri세균에 의해 발생합니다. 그것은 가장 일반적으로 메기 종에 영향을 미치며 미국 남동부에서 보고된 어류 질병의 3분의 1을 차지합니다. 감염의 행동 징후에는 수영보다 머리를 쫓거나 꼬리를 흔드는 것과 “별을 응시하는 것”이 포함됩니다. 외부 징후로는 빨간색 또는 흰색의 얕은 궤양, 머리 꼭대기에 구멍이 나며, 복부에 체액이 축적되어 심한 팽창을 유발합니다. 치료는 일반적으로 항생제 Aquaflor®, Romet® 또는 Terramycin®이 포함된 약용 사료를 투여하는 것입니다. 화학 처리제 또는 항생제 사료는 식물 성분과 접촉하지 않아야 하며 격리된 수조에서 투여해야 합니다.

바이러스 감염

틸라피아 호수 바이러스(TiLV): TiLV는 야생 및 배양 환경 모두에서 틸라피아에 영향을 미치는 유일한 중요한 바이러스 중 하나입니다. Tilapia tilapinevirus로 인해 발생하며, 아시아, 아프리카 및 남미에서 볼 수 있습니다. 감염된 개체군을 통해 빠르게 전파되며 이 병이 발생되는 시점에는 치료법이 없습니다.

식물 질병 예방

식물 질병 문제는 치료가 어렵고 시간이 많이 소요될 수 있습니다. 문제가 발생하지 않도록 예방하는 것이 적절한 식물 관리의 첫 번째 단계입니다. 많은 엽면 식물 질병은 고온 다습한 조건에서 존재합니다. 적절한 환기를 제공하고 습도를 줄이면 곰팡이와 질병이 다른 식물로 퍼질 수 있는 조건을 방지할 수 있습니다.

식물 영양은 식물의 질병 저항성에 직접적인 역할을 합니다(Agrios 2005). 영양소의 정확한 균형을 제공하는 것은 성장뿐만 아니라 민감성을 감소시키고 특정 식물 질병으로부터의 회복을 증가시키는데 중요합니다. 표 10은 식물병 예방을 위한 특정 영양소의 역할을 설명합니다. 다음은 아쿠아포닉 시스템에서 흔히 볼 수 있는 식물 질병입니다.

표 10: 식물병 저항성에서 영양의 역할.

영양소효과  
질소과잉 수정은 진균 공격에 더 취약한 더 즙이 많은 조직을 만듭니다. 질소 기아는 기회주의적 미생물의 공격을 받기 쉬운 식물의 성장을 저해합니다.
영양 균형을 개선하고 식물의 성숙을 촉진합니다.
칼륨상처 치유를 가속화하고 냉기 피해의 영향을 줄입니다. 식물의 성숙과 노화를 지연시킵니다.
칼슘일부 뿌리 및 줄기 곰팡이 질병의 중증도를 감소시킵니다. 곰팡이 침투에 저항하는 식물의 세포벽 구성에 영향을 미칩니다.
규소식물이 병원체에 대한 페놀 화합물의 방출을 포함하여 특정 방어 반응을 생성하도록 도웁니다.
그림22a 잎에 세균성 구내염

세균성 구내염: 세균성 구내염을 일으키는 세균인 Pseudomonas syringae는 가지치기, 수확, 상해로 인한 기존의 상처를 통해 식물체에 침입합니다. 세균성 구내염의 징후에는 잎의 가장자리 갈변 또는 괴사, 긴 황갈색 영역 또는 줄기의 갈라진 부분 및/또는 과일의 작은 흰색 반점이 포함됩니다(그림 22a). 가장 흔한 원인은 비위생적인 재배 조건이나 수확 도구입니다.

회색 곰팡이: 병원성 진균인 Botrytis cinerea에 의해 발생하는 회색 곰팡이는 식물이 자라는 거의 모든 곳에서 볼 수 있습니다. 습하고 시원한 날씨에 널리 퍼진 회색 곰팡이는 작물 전체에 빠르게 퍼져 줄기, 잎 및 과일에 영향을 줄 수 있습니다. 잎에는 전체 표면에 퍼지는 갈색 병변이 있어 잎이 시들게 됩니다(그림 22b). 방제하지 않으면 포자가 꽃 과 과일로 퍼지고 흐릿한 회색 성장이 나타납니다(그림 22c). 팬의 공기 흐름 및 가지치기를 통해 식물 구조 내에서 환기 개선이 예방 조치입니다. 또한 쓰러지거나 병든 식물을 제거하고 격자 모양의 식물에 대한 부상을 방지하는 것은 회색 곰팡이를 예방하는 데 중요합니다.

흰가루병 노균병: 이 두 가지 유형의 곰팡이는 거의 모든 채소 작물에 영향을 미칩니다. 주로 식물의 잎에 영향을 미치며 습한 조건에서 더 많이 발생합니다. 흰가루병은 모양이 원형이고 흰색이며 잎 표면 어디에나 나타날 수 있습니다. 곰팡이가 오랫동안 존재하면 잎이 노랗게 될 수 있습니다. 노균병 반점은 각진 회색이며 잎맥에 의해 균류가 제한됩니다. 잎은 곰팡이의 존재가 분명해지기 전에 노란색으로 나타날 수 있습니다(그림 22d).

그림 22b ,  c          그림 22d회색곰팡이  포도잎에 가루와 노균병
그림 22e 양상추 뿌리에 Pythium

파이썬: Pythium Sp 는 식물의 뿌리썩음 병의 원인물질이다. 배양환경에서 자연적으로 발견되며 다양한 식물에 영향을 미칩니다. 증상에는 방해를 받으면 쉽게 벗겨지는 갈색의 썩은 뿌리가 포함됩니다(그림22e). 식물은 발육 부진 또는 영양 결핍으로 보일 수 있습니다. 다른 피티움종은 특정 온도에서 일반적입니다. 그러나 아쿠아포닉스에서는 일반적으로 78°F 이상의 수온과 높은 유기 고형물이 있는 조건에서 나타납니다. 아쿠아포닉스 시스템에서 온도를 제어하고 효과적인 고형물 제거를 구현하면 피티움은 제한될 것입니다.

아쿠아포닉 시스템에서 식물 질병을 예방하는 단계

재배 환경의 온도와 습도를 조절합니다.

높은 온도와 습도는 종종 식물의 곰팡이 및 박테리아 질병의 성장과 확산에 이상적인 환경입니다. 특히 온실이나 실내 시설에서 강제 환기 및 증발 방지는 이러한 매개변수를 감소시킵니다. 플랜트 구조 내부와 주변에서 이들을 제어하는 것도 중요합니다. 이것은 적절한 식물 간격과 빽빽한 잎을 가진 열매 맺는 작물 가지치기를 통해 이루어집니다.

위생.

SSOP(위생 표준 운영 절차)를 구현하면 채소 생산 시설에서 질병 발병을 예방하는데 도움이 됩니다. 번식 및 수확 도구와 뗏목 및 NFT 채널과 같은 재배 장비를 소독하는 것도 질병 발병을 예방하는 데 도움이 됩니다.

 죽거나 병든 식물을 제거하십시오.

영향을 받는 식물을 즉시 제거하고 처리하면 시설에서 질병이 확산되는 데 도움 이 될 수 있습니다.

적절한 식물 종을 선택하십시오.

외부 환경 조건을 제어할 수 없는 경우 저항성 또는 적절한 품종을 선택하면 실무자의 시간과 비용을 절약할 수 있습니다.

종자 품질 저장.

양질의 종자를 구입하여 냉장 보관하면 종자가 썩는 것을 방지하고 발아율을 높일 수 있습니다.

식품 안전 위생

식품 안전에 관하여 작업의 위생 및 청결은 GAP(Good Agricultural Practices)를 보장하는데 매우 중요합니다(Hollyeret 외. 2012). 이는 2018년 기준으로 CDC가 매년 4,800만 명이 식중독에 걸리고 128,000명 이 입원하며 약 3,000명이 사망하는 것으로 추산하기 때문에 중요합니다. 아쿠아포닉 산업이 전세계 식품 생산 및 신선 식품 제공 부문의 더 큰 부분이 되기를 원한다면 동일한 시스템 내에서 양식된 어류와 식물 모두에 대한 식품 안전에 대한 좋은 평판과 긍정적인 대중 인식을 유지하는 것이 중요합니다.

아쿠아포닉스에서 가장 큰 식품 안전 문제는 인수공통 병원균(대장균, 살모넬라균 등)의 확산입니다. 물에 유해한 양으로 존재할 수 있습니다. 오염은 사람들이 물과 접촉하거나 아쿠아포닉 물과 접촉한 식물 잎을 섭취함으로써 발생할 수 있습니다(Hollyeret al.2012). 매년 물과 식물 샘플을 분석하면 생산자가 잠재적인 오염원에 대한 강력한 이해를 구축하는데 도움이 됩니다.

예방은 생물보안 및 식품 안전을 위한 최선의 전술이며, 이것이 모든 수경재배 작업에 SSOP(위생 표준 운영 절차)가 있어야 하고 HACCP(위험 분석 및 중점 관리 기준)의 7가지 원칙을 따라야 하는 이유입니다. SSOP는 식품 가공에 대한 서면 규칙입니다.

도구 또는 생산 공간의 오염을 방지하기 위해 작업은 개발되고 구현됩니다. HACCP는 식품 안전 위험을 방지하기 위해 중요한 관리 지점에서 생물학적, 화학적 또는 물리적 매개변수를 유지해야 하는 최대/최소 값을 지정합니다. 물고기와 식물 모두에 대한 질병, 해충 및 식품 안전 문제의 확산을 제거하기 위한 위생 절차의 예는 다음 과 같습니다.

• 연간 병원체 및 세균 검사

• SSOP 및 HACCP에 대한 지속적인 개선

• 전반적인 생산 공간 청결도 및 생물학적 보안

• 도구 위생

• 작업자 위생

• 위생교육

• 적절한 식품 보관법

대부분의 아쿠아포닉스 시스템이 재순환되고 있다는 점을 고려할 때 위생은 특히 중요하며, 병든 어류를 치료하기 위해 일반적으로 순환 양식에서 수행되는 것은 통합된 식물 생산으로 인해 재순환 아쿠아포닉스에서 쉽게 수행될 수 없습니다.

따라서 net 딥은 현장에 있어야 합니다. 오염된 그물과 물고기의 접촉을 통해 물고기 병원체의 확산을 방지합니다. Virkon은 제조업체의 지침에 따라 그물에 적용할 수 있는 어류 안전 그물 위생 제품의 한 예입니다. 수조 가장자리에 먹지 않은 생선 사료를 깨끗하게 유지하는 것은 잠재적인 곰팡이와 해충의 성장을 줄이는 간단한 방법입니다. 사료 품질을 모니터링 하고 유지하면 곰팡이가 핀 음식 섭취로부터 물고기가 병에 걸릴 위험이 줄어듭니다.

어류와 식물이 어떻게 처리되는지에 대한 상세한 계획을 작성하고 준수하면 식품 안전 문제를 크게 줄일 수 있습니다. 어류 가공은 생산자가 엄격한 HACCP 규정 및 검사를 따를 것을 요구하며, 이는 수확한 어류의 양과 어류 가공과 관련된 간접비로 인해 대부분의 아쿠아포닉 생산자에게 금지되어 있습니다. 따라서 많은 아쿠아포닉 농장에서는 살아있는 물고기나 얼음 위에서 물고기를 통째로 판매합니다.

어류 가공 규정은 주마다 다를 수 있습니다. 식물 가공은 수확 전 또는 물을 만진 후 손을 씻는 것을 포함하는 SSOP에 의해 규제됩니다. 비누 또는 희석된 표백제 용액으로 도구를 씻으십시오. 깨끗한 수확 지역 유지; 소독제(비누, 과산화수소 등)로 뗏목/재배지 세척(그림 23).

그림 23 수확 도구 살균

잠재적 위험 식품(PHF)은 상온에서 일정 시간 동안 보관하면 부패하여 식품 안전 문제를 일으키는 식품입니다(Bustaet 외.2003). 여기에는 수경재배 시스템 내에서 생산된 어류와 식물(야채, 미세 채소, 과일) 이 모두 포함됩니다. 음식의 부적절한 냉각이 가장 큰 식중독 원인입니다(>30%).

시간과 온도는 식품 부패에 가장 큰 영향을 미치는 두 가지 요소입니다. 보관 환경 및 장비의 습도도 식품 저장 수명에 영향을 미칩니다. Microgreens과 새싹은 소비 전에 가공이나 열처리가 필요하지 않고 유통 기한이 짧아 박테리아 부패에 더 취약하기 때문에 식품 안전을 고려할 때 특히 우려됩니다.

직원이 식품 안전 관행에 대해 교육, 훈련 및 쉽게 사용할 수 있는 정보를 활용하는 것이 예방을 위한 최선의 전략입니다. 직원들에게 청결을 유지하도록 상기시키는 표지판도 도움이 될 수 있습니다. 또한 모든 작업에서 식품 안전 오염의 가장 높은 위험이 발생할 수 있는 위치에 대해 직원을 교육하는 것이 중요합니다. 비용 영향 식품 안전 절차 및 규정 준수는 예산에 포함되어야 합니다.

7. 통제된 환경에서의 성장

온실의 종류

그림 24온실의 다른 종류

독립형 온실은 다양한 모양과 크기로 제공됩니다(그림 24). 온실 선택은 특정 위치의 적설량과 풍속에 따라 다릅니다. 독립형 온실은 대형 구조물보다 저렴하고 다양한 작물 종에 대한 환경 매개변수를 최적화하기가 더 쉽습니다. 여러 개의 독립형 구조물을 사용하는 경우 작업자가 구조물 간에 해충 및 질병 문제를 옮기는 것을 방지하기 위해 위생 프로토콜을 강화해야 합니다.

홈통으로 연결된 온실은 독립형 구조에 비해 겨울 동안 전체 난방 비용이 감소했고 공간을 보다 효율적으로 사용합니다. (그림 25). 이 온실 스타일의 초기 비용은 높으며 제한된 예산으로 재배자에게 엄청난 비용이 들 수 있습니다.

Lean-to 온실에는 건물과 접하는 하나의 벽이 있습니다.

어두운 벽이 북쪽 벽인 경우 빛 감소가 심하지 않습니다. 이러한 유형 구조는 분리된 아쿠아포닉 시스템에 유용할 수 있습니다.

환경 매개변수는 각 구조에서 독립적으로 제어될 수 있습니다.

온실 피복 옵션

그림 25홈통 연결된 온실

온실 덮개는 유리, 경질 플라스틱 (유리 섬유, 폴리카보네이트 또는 아크릴) 및 플라스틱 필름을 비롯한 다양한 재료로 제공됩니다. 적절한 선택은 기후대와 예산에 따라 다릅니다. 더 추운 기후를 가진 지역은 각각 R-값과 U-값으로 측정되는 단열 증가와 낮은 열 전달을 제공하기 위해 덮개가 필요합니다. R-값은 재료가 얼마나 잘 단열되는지 측정합니다. R 값이 높을수록 재료가 더 많은 절연을 제공합니다. U-값은 열 전달을 수량화하고 손실 또는 획득되는 열의 양을 설명합니다. U 값 이 더 낮은 재료는 더 에너지 효율적입니다. 미국에서 온실을 덮는데 사용되는 플라스틱의 약 75%는 공기로 팽창된 이중층 폴리에틸렌 플라스틱입니다.

6ml 폴리에틸렌 플라스틱 덮개는 저렴하고 R 값이 1.4이고 U 값이 0.5입니다(높은 절연 용량 및 에너지 효율). 단층 유리 섬유 덮개는 적당히 비싸고 R-값이 0.83이고 U-값이 1.2입니다(절연 용량은 적당하나 에너지 효율적이지 않음)(표 11). 겨울철 난방비를 줄이기 위해서는 기후대에 적합한 재료를 선택하는 것이 중요합니다. 에너지 비용은 노동에 이어 두 번째로 큰 생산 비용입니다.

재료사용기간R 값U 값장점단점
유리 단층, 강화깨질때까지 사용가능0.951.13강하고 매력적이며, 좋은 밀봉, 90% 빛 침투파손, 설치 어려움, 난방
경질 플라스틱 유리 섬유6-15 년0.831.20가벼움, 강함, 가벼운 투과성불투명성, 6년 이상 사용시 저하/황색, 수지 재도장 필요
단단한 단일 벽     
견고한 이중벽 아크릴20년1.4-1.90.75-1.0투명, 이중층 사용시 에너지 절약30%, 구부러짐추가 레이어는 빛 투과율을 약 80%로 줄입니다.
UV 코팅이 된 견고한 이중 또는 삼중벽 폴리카보네이트10-15년이중 1.4-1.9 삼중 2.50.53-0.70아크릴과 동일, 아크릴보다 쉽게 구부러질 수 있음아크릴과 같은 빛이지만 UV코팅을 하지 않으면 약 80% 노란색으로 변합니다.
 
 
플라스틱 필름(롤) 단층, 6ml1-4년. 851.20좋은 빛 침투 (90% 1층) 저렴한자주 교체해야 함, 결로
이중층, 6ml (폴리에틸렌) 1.40.5-1.0응축 감소, 따뜻함을 증가각 레이어의 빛 감소10% (총 80%)

표 11: 온실 글레이징 재료의 비교.

난방 냉방 옵션

그림 26수동적 태양열 온실

난방: 소규모 또는 뒤뜰 크기의 생산자의 경우 수동 난방 시스템을 구현하면 추운 계절에 난방 비용을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 유형의 시스템에서는 햇빛이 남쪽 벽으로 들어갑니다. 북쪽 벽에는 열을 가두고 저장하는 반사 소재가 있습니다. 물을 채운 검은 통은 낮에는 햇빛으로부터 열을 흡수하고 밤에는 천천히 열을 방출합니다. 열 커튼을 남쪽 벽에 걸어 밤 동안 열을 가둘 수 있습니다(그림 26). 난방 비용을 줄이는데는 도움이 되지만 시설의 귀중한 생산 공간을 차지하기 때문에 대규모 생산자에게는 실용적이지 않습니다. 일관되고 신뢰할 수 있는 온도를 유지할 수 없습니다.

1년 내내 일관되게 생산하는 대규모 생산자는 태양으로부터 얻을 수 있는 것과 무관하게 온도를 유지해야 합니다. 천연 가스, 프로판 또는 전기로 구동되는 강제 공기 히터는 미국에서 가장 일반적으로 사용됩니다. 이 히터는 온도 조절기로 공기 온도를 제어합니다. 목재 또는 천연 가스 난방기와 같은 복사 히터는 구조물 전체에 위치한 파이프를 통해 뜨거운 물을 펌핑하여 온도를 제어합니다. 나무는 석유나 천연 가스에 비해 값싼 연료 공급원이기 때문에 난방기가 인기가 있습니다.

그림 27증발 냉각기

냉각: 수동 및 자동 환기의 조합은 온실을 냉각시키는 가장 비용 효율적인 방법입니다. 환기 옵션에는 롤업 측면, 천장 통풍구 및 온실의 긴 끝을 따라 있는 통풍구가 포함됩니다. 강제 환기 팬은 반대쪽 끝에 있는 온도 조절 장치로 제어되는 통풍구를 사용하여 온실 길이에 따른 관을 통해 공기를 끌어옵니다. 증발식 냉각기는 덥고 건조한 기후에서 구조물에 냉각을 제공하는 비교적 저렴한 방법입니다. 증발식 냉각기는 젖은 벽을 통해 외부 공기를 끌어들이고 들어오는 공기를 냉각시켜 작동합니다. 젖은 벽은 골판지나 합성 재료가 포함된 프레임으로 표면 위로 떨어지는 물에 의해 포화됩니다(그림 27). 과도한 물은 저수지에 수집되어 판지 위로 다시 펌핑됩니다. 증발 냉각 벽은 고온 다습한 기후에서 효율적이지 않습니다.

실내 생산: 단열된 건물로 생산을 옮기는 것은 도시 시장에 가깝거나 경작지가 부족하거나 실외 또는 온실 생산에 적합하지 않은 기후에 살고 있는 생산자에게 적합합니다.

식물이 재배되는 위치에 관계없이 최대 수확량 잠재력에 도달하려면 최적의 조건이 여전히 필요합니다. 위에서 논의한 통제 외에도 생산자는 최적의 식물 성장에 적합한 빛을 제공해야 합니다. 식물의 경우 빛은 종자 발아, 식량 생산, 개화, 엽록소 생산, 가지와 잎이 두꺼워지는 것을 자극합니다.

광합성은 수신된 빛의 유형과 빈도에 의해 자극됩니다. 빛은 광자의 파동 또는 에너지 묶음으로 방출됩니다. 각 광자의 에너지 양은 마루에서 마루까지의 파동의 길이를 결정합니다. 더 낮은 에너지 파장은 청색광 (400nm)을 방출하고 더 높은 에너지 파장은 적색광(700nm)을 방출합니다. 식물은 400-700 nm 사이의 파장을 사용합니다. 청색광과 적색광은 식물의 일생에서 서로 다른 비율로 필요합니다. 청색광은 주로 식물 성장을 담당합니다. 적색광은 세포 신장, 식물 성장 및 개화를 유발합니다.

전통적인 식물 성장 조명은 형광등(FL) 또는 고휘도 방전(HID) 조명기구입니다. 소형 T5, T8 및 T12 FL 구근은 주로 종자 번식 또는 영양 성장에 사용됩니다. HID 고정 장치는 종종 금속 할로겐화물(MH) 및 고압 나트륨 (HPS) 전구를 모두 수용하도록 판매됩니다. MH 전구에서 생성되는 빛은 400-550 범위로 식물 성장에 적합합니다. HPS 전구에서 생성된 빛은 노란색, 주황색 및 빨간색 스펙트럼의 빛을 제공하며 개화 및 결실 단계에 더 적합합니다. FL 및 HPS 전구는 모두 20,000시간 이상의 수명을 가지며 상당한 양의 열을 발생합니다.

식물 재배 조명의 발전으로 에너지 효율이 향상되고 식물 생산량이 높아져 실내 생산이 더욱 비용 효율적으로 이루어졌습니다. 유도 고정구(IND)는 FL 전구와 유사하지만 전극이 없어 훨씬 더 오래(75,000시간 이상) 사용할 수 있기 때문에 더 대중화되었습니다. 그들은 또한 훨씬 적은 열을 방출하고 에너지 효율이 높습니다. 발광 다이오드(LED) 조명은 한때 많은 재배자들에게 너무 비쌌습니다. 그러나 그들은 이제 식물 성장 조명의 표준으로 간주됩니다. LED 조명은 전류를 두 개의 반도체(하나는 양극, 하나는 음극)에 통과시켜 빛을 방출함으로 써 작동합니다. 스펙트럼은 작물의 품질과 수확량을 향상시키기 위해 다양한 단계에서 식물이 필요로 하는 것으로 조정될 수 있습니다. 향상된 에너지 효율 외에도 LED 조명의 수명은 10만시간입니다. Kentucky State 대학에서 수행된 연구에서는 6가지 잎이 많은 채소의 성장과 FL, MH, IND 및 LED 성장 조명에 대한 에너지 사용을 비교했습니다. LED 조명은 다른 세 조명에 비해 훨씬 더 높은 식물 바이오매스(g/m2)를

그림 28LED등 아래에서의 식물 성장

생성했습니다(그림 28: KSU 미발표, Oliveret al.2018). LED 조명의 비용이 계속 감소함에 따라 실내 식물 생산을 위한 생산 비용도 감소할 것입니다.

8. 마케팅 경제

경제성

2014년 이전에 성공적인 상업적 생산이 없었기 때문에 아쿠아포닉의 경제학에 대해 이용할 수 있는 정보가 상대적으로 적습니다. Engle(2015) 및 Heidemann and Woods(2015)에 요약된 정보에 따르면 아쿠아포닉의 수익성은 지리적 위치, 기후, 초기 투자, 생산 비용, 시장 수요, 상품에 대한 소비자 선호에 따라 달성 가능하다. USDA 7-13구역에서의 생산은 추운 날씨, 정전 및 유틸리티 비용과 관련된 손실 위험 감소로 인해 일반적으로 미국에서 가장 수익성이 높습니다.(Love 외.2015). 또 다른 생산요소는 인건비로 총 운영비의 46%, 연간 총비용의 40%로 추산된다(Tokunaga 외.2015). 교외 및 도시 생산 능력으로 인해 아쿠아포닉 생산과 감소된 배달 운행 비용은 관련이 있습니다.

아쿠아포닉 재배자들을 대상으로 한 국제 조사를 통해 아쿠아포닉 농장의 비식품 제품 판매(예: 교육, 워크샵, 시스템 설계, 컨설팅 서비스)와 농장의 수익성의 특별한 관계를 찾아냈다(Love 외.2015).

아쿠아포닉으로 재배된 작물은 매우 수익성이 높습니다. 그러나 여러 연구에 따르면 물고기 요소 쪽은 훨씬 적습니다. 그러나 작물이 물고기보다 더 큰 이익을 낼 수 있지만(그리고 아쿠아포닉스 시스템에서 물고기에게 할당된 공간/면적은 최소화될 수 있음), “광고 가치”로서의 물고기는 물고기 판매에서 가져온 실제 달러 금액을 초과하는 가치를 가지고 있습니다. 이것은 매일 온도 변동이 거의 없고 일조 시간이 길고 신선한 상품의 가격이 매우 높은 버진 아일랜드와 하와이에 위치한 시스템에서 더욱 사실일 수 있습니다.

수경재배 생산의 고유한 적응성을 고려할 때, 잠재적인 성공은 이용 가능한 정보, 잘 구성된 사업 계획, 개인의 필요와 입력요소로부터 신중하게 평가되어야 합니다. 운영 계획에는 시설 건설 및 장비 구매에 필요한 투자, 시스템 운영에 필요한 연간 비용, 시장 가격 및 경쟁 예측, 잠재적 수익에 대한 현실적인 추정이 포함되어야 하지만 이에 국한되지는 않습니다. 상업적으로 조사된 세 곳의 아쿠아포닉 농장의 정보에 따르면 예상 투자 회수 기간은 2년에서 5년 사이입니다.

마케팅

아쿠아포닉 운영의 가장 어려운 측면은 현실적이고 실용적인 마케팅 계획을 개발하는 것입니다(Engle 2015). 위치가 시장의 수요와 규모를 결정하기 때문에 위치는 마케팅의 핵심입니다. 여러 도시에 접근할 수 있으면 시장 규모와 시장 인구 통계가 크게 증가하고 결과적으로 제품에 대한 수요가 증가합니다. 위치가 섬과 같은 외딴 지역에 있는 경우 쉽게 접근할 수 있는 지역에 비해 제품의 시장 가격이 훨씬 더 높을 것입니다(Engle 2015). 아쿠아포닉 생산은 일년 내내 가능하기 때문에 현지에서 “비수기”로 간주되는 농산물을 재배 및 판매하면 더 높은 가격대를 달성하는 데 도움이 될 수 있습니다. 마이크로그린, 집 식물,

아쿠아포닉 농산물의 시장성을 높이기 위해서는 특정 인증이 큰 도움이 될 것입니다. 이러한

유기농 라벨의 경우 규정을 충족하기 위해 추가 자금이 필요하지만 전반적으로 제품은 고품질 제품으로 판매될 수 있어 소비자가 지불할 의향이 있는 가격을 높일 수 있습니다. 다른 옵션은 자연 재배로 인증을 받는 것입니다. 이는 합성 화학 물질이 작업에 사용되지 않음을 의미하며, 이는 대부분의 아쿠아포닉 농장에 해당됩니다. 유기농은 여전히 대부분의 소비자가 알고 있는 단어이지만 자연 재배로 인증되면 소비자가 기꺼이 지불할 수 있는 최고의 가격을 얻을 수 있습니다.

방부제 없음! 무농약! 제초제 없음! 현지의! 국산! 이것은 또한 아쿠아포닉 제품의 판매를 촉진하는 데 사용할 수 있는 라벨링 전략입니다. 매장에서 쉽게 볼 수 있는 영리하고 눈에 잘 띄는 라벨링은 제품에 대한 소비자의 마음에 인상을 남길 수 있습니다.

식당, 농산물 직판장, CSA 시장에 직접 판매하면 도매 판매보다 더 많은 수익을 올릴 수 있습니다. 이러한 경로를 통해 소비자와 더 긴밀한 개인적 접촉이 가능하고 아쿠아포닉 생산자가 자신의 이야기를 할 수 있습니다. 도매가 훨씬 더 신뢰할 수 있고 작업하기 쉬울 수 있지만 제품 가격이 훨씬 저렴한 가격으로 판매되기 때문에 이익이 크게 감소합니다. 도매 판매는 또한 대부분의 아쿠아포닉 농장이 보유하고 있는 것보다 훨씬 더 큰 용량을 필요로 하기 때문에 소비자에게 직접 판매하는 것이 일반적으로 비즈니스를 위해 선택되는 시장입니다.

9. 인증 규정

유기농 인증

2018년 미국의 유기농 식품 판매는 5.9% 증가하여 총 479억 달러에 달했습니다. 아쿠아포닉 농부들이 마케팅과 판매를 강화하기 위해 유기농 라벨을 원하는 것은 놀라운 일이 아니며, 토양 기반 농부들이 판매력이 희석되는 것을 원하지 않는다는 것도 놀라운 일이 아닙니다. 유기농 생산의 핵심은 토양을 경작하는 것인데 토양이 없다면 어떻게 유기농 인증을 받을 수 있겠습니까? 2015년에는 토양 기반 유기 산업과 아쿠아포닉 및 하이드로포닉 커뮤니티를 대표하는 개인으로 구성된 태스크포스가 결성되었습니다. 목표는 아쿠아포닉 그리고 하이드로포닉의 시스템 및 관행을 설명하고, 아쿠아포닉 및 하이드로포닉이 USDA 유기농 규정과 어떻게 일치하거나 상충하는지 조사하고, 과학에 따라 결정을 지원하고, 대안을 모색하는 것이었습니다. 2017년 가을 모임에서, 미국 유기농 표준 위원회(NOSB)는 유기농업에서 아쿠아포닉과 하이드로포닉을 금지하는 제안에 대해 8-7로 반대했습니다. 에어로포닉은 금지되어 있지만 아쿠아포닉과 하이드로포닉은 모두 유기농 인증을 받을 자격이 있으며 USDA는 NOSB 결정을 고려합니다. 아쿠아포닉은 보다 지속 가능한 재배 방법에 적합하지만 생산 중에는 OMRI 승인 품목만 사용할 수 있습니다. 이것은 암면, 수산화물 염기, 킬레이트 철 및 기타 무역 도구의 사용을 금지합니다. 현재 80명의 인증자 중 17명만이 유기농 인증을 통해 아쿠아포닉 농장을 지원할 것입니다. USDA는 NOSB 결정을 고려합니다.

아쿠아포닉스는 보다 지속 가능한 재배 방법에 적합하지만 생산 중에는 OMRI 승인 품목만 사용할 수 있습니다. 이것은 암면, 수산화물 염기, 킬레이트 철 및 기타 무역 도구의 사용을 금지합니다. 현재 80명의 인증자 중 17명만이 유기농 인증을 통해 아쿠아포닉 농장을 지원할 것입니다.

자연 재배(CNG) 인증      

“유기농에 대한 풀뿌리 대안”으로 알려진 CNG 인증은 유기농 표준을 따르지만 소비자에게 직접 판매하는 재배자에 중점을 둡니다. CNG 농부는 합성 제초제, 살충제, 비료 또는 유전자 변형 유기체(GMO) 사용이 제한됩니다. CNG 인증을 받은 농장은 연간 검사를 받고 연회비를 지불합니다. 검사는 다른 CNG 농부, 확장 에이전트, 마스터 정원사 또는 기타 자격을 갖춘 직원이 수행할 수 있습니다. 아쿠아포닉스에 대한 CNG 표준 섹션은 (https://www.cngfarming.org/aquaponics_standards)에서 찾을 수 있습니다.

좋은 농업 관행(GAP)      

GAP(Good Agriculture Practices)는 농업에 적용할 때 소비자를 위한 식품 또는 안전하고 건전한 추가 가공을 만드는 특정 방법입니다. 현재 자발적인 인증인 식품 안전 현대화법(FSMA)에 따라 농장은 문서에 요약된 식품 안전 및 보안 조치를 준수해야 합니다. 2011년에는 생산자가 생물보안, 위생, 작업자 교육 및 문서화에 대한 표준을 충족하도록 요구하는 Produce GAPs Harmonized Food Safety Standards가 발표되었습니다. Produce GAP에 대한 정보는 (https://www.ams.usda.gov/services/auditing/gap-ghp/ harmonized)에서 확인할 수 있습니다.

위험 분석 중점 관리 지점(HACCP)       

HACCP는 원료의 생산, 조달, 취급부터 완제품의 제조, 유통, 소비에 이르기까지 생물학적, 화학적, 물리적 위해요소를 분석하고 통제하여 식품의 안전성을 확보하는 경영 시스템입니다.

표준 운영 절차(SOP) HACCP

식품 품목의 생산, 가공, 판매 및 소비에서 위험 요소를 결정하는 데에는 HACCP, SOP 및 SSOP(위생 SOP)가 포함됩니다. 안전한 식품을 제공하기 위해서는 운영 단계마다 프로토콜을 개발하고 직원 교육을 제공하는 것이 필수적입니다. 다음은 HACCP, SOP 및 SSOP가 함께 작동하는 방법의 예입니다.

1. 화학약품: 표면에 세정제 사용. 위험할 수 있습니까? 예, 하지만 SSOP에는 잔류물을 제거하기 위한 두 번째 헹굼 단계가 있으므로 계획의 다른 곳에서 처리되기 때문에 CCP가 아닙니다.

2. 물리적인 것: 뿌리, 절단 또는 생선 필레에 있는 칼 조각. 위험할 수 있습니까? 예, 하지만 작업 흐름의 SOP에서 모든 칼은 모든 작업 시작 시와 3시간 휴식 시간에 검사되거나 모든 제품이 금속 탐지기를 통 과합니다. 따라서 중요한 제어점이 아닙니다.

최고의 양식업 관행(BAP)

BAP를 기반으로 하는 책임 있는 양식업의 5가지 기둥은 환경적 책임, 동물 건강 및 복지, 식품 안전, 사회적 책임 및 추적 가능성입니다. 중요한 요구 사항에는 기록 보관 및 추적 가능성, 작업자 안전 및 위생, 생물학적 보안이 포함됩니다. BAP에 대한 자세한 내용은 (https://www.bapcertification.org/)에서 확인할 수 있습니다.

번식 허가

상업적 어업 번식 허가는 수생 생물의 양식 및 판매를 위해 주정부 야생 동물 기관에서 요구합니다. 제공되는 정보에는 사업체의 이름과 위치, 수원, 범람 가능성, 배출 정보, 모하를 어떻게 얻었는지, 생산된 종의 수량과 유형, 생산 시스템 유형이 포함됩니다. 필요한 정보와 허가 비용은 주에 따라 다릅니다

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