수경재배

"양식업은 현재 가장 빠르게 성장하는 동물성 식품 생산 부문이며 곧 전 세계 해산물의 절반 이상을 인간 소비용으로 공급하게 될 것입니다." ^{[ 1 ]} 양식업은 주로 식량 생산 및 매립지에서 생성되는 것과 같은 독성 폐기물 제거를 위해 다양한 문화에서 사용되었습니다. ^{[ 2 ]} 다양한 유형의 박테리아와 조류가 이러한 폐수(예: 조류 Gracilaria birdiae)를 처리하는 데 사용되었습니다. ^{[ 3 ]} 수경재배는 박테리아, 물고기 및 식물 간의 자연적 상호 작용을 사용하여 폐기물을 깨끗한 물로 변환하는 수경업의 새로운 분야입니다.

아쿠아포닉스란 무엇인가요?

아쿠아포닉스는 양식 과 수경 재배를 통합한 식량 생산 방식입니다 . 이러한 공생 관계는 최소한의 투입으로 지속 가능한 시스템을 구축할 수 있도록 합니다. 유익균이 증식하여 어류 배설물에서 생성되는 독소를 식물이 이용하는 영양분으로 전환합니다. 식물은 이러한 영양분을 흡수하여 물을 정화하고 물고기가 살기 좋은 환경을 조성합니다. 이러한 순환은 어항을 물고기와 식물 모두에게 좋은 상태로 유지하는 데 도움이 됩니다.

이 방법으로 식량을 생산하는 것은 유기농에 가깝습니다. 이 방식을 사용하면 물고기 배설물만으로 식물이 자라기 때문에 비료가 필요 없습니다. 식물을 재배하는 데 토양을 사용하지 않기 때문에 제초제도 필요하지 않으며, 심지어 물고기에게 해로울 수도 있습니다. 이 시스템은 식물에 영양분을 공급하지 않기 때문에 토양 상태가 좋지 않은 지역에 특히 적합합니다. 넓은 땅을 사용하지 않고도 작은 면적에서 많은 양의 식물을 재배할 수 있습니다. 아쿠아포닉스는 가족을 위해 신선한 생선과 채소를 지속 가능하게 재배하거나, 마을에 식량을 공급하거나, 상업적인 농업으로 수익을 창출하는 좋은 방법입니다. 하나의 시스템으로 저녁 식사와 반찬을 직접 만들 수 있다는 사실은 말할 것도 없습니다. 가장 좋은 점은 물고기가 충분히 커지면 먹을 수 있다는 것입니다! ^{[ 4 ]}

역사

영어 : Aquaponics는 최근에 다시 인기를 얻고 있지만 ^{[ 5 ]} 이 공학과 생물학의 걸작은 고대 문명에서 처음 사용되었습니다 . ^{[ 6 ]} 13세기경 아즈텍 문명이 처음으로 아쿠아포닉스를 활용했습니다. 그들은 치남파스라고 불리는 복잡한 농업 섬을 만들었습니다. 이 식물 섬은 호수 얕은 곳에 위치했으며 동물 배설물과 섞였습니다. 이러한 설정으로 아즈텍 사람들은 아쿠아포닉스의 폐기물 제거 및 식량 제공 특성을 모두 활용할 수 있었습니다. ^{[ 7 ]} 중국과 태국에서도 다양한 작물 재배가 이루어졌는데, 물고기(늪장어와 연못 달팽이와 같은 다른 종과 함께)를 논에 넣어 식물 생산을 돕고 또 다른 식량원으로 사용했습니다. ^{[ 6 ]}

아쿠아포닉스는 어디에 사용되나요?

수경재배에 대한 새로운 열풍이 불면서 전 세계 여러 나라가 혜택을 보기 시작했습니다. 이러한 나라에는 미국, 남미, 아시아 여러 지역, 호주, 아프리카 일부 지역이 포함됩니다. ^{[ 5 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} 네게브 사막의 기수역에서도 식물과 물고기 성장에 적절한 성공을 거두며 수경재배 시스템이 구축되었습니다. ^{[ 11 ]} 대부분의 작업은 연구, 교육, 비영리, 상업 또는 개인 취미 생활자 중 하나에 해당합니다. ^{[ 1 ]} 현재 대부분의 시스템은 소규모이지만 기술의 발전으로 "상업적 응용 프로그램의 꾸준한 증가, 수익성과 폐기물 관리라는 두 가지 주요 관심 분야가 폐기물을 활용하면서 수익을 늘릴 수 있는 가능한 수단으로 수경재배에 대한 관심을 자극했습니다." 이러한 다양한 국가에서 수경재배 시스템이 어떻게 구현되었는지에 대한 자세한 설명은 이후 섹션에서 찾을 수 있습니다.

방법 비교

아쿠아포닉스를 완전히 이해하려면 지속 가능한 작물을 재배하기 위해 양식과 수경 재배 두 가지 방법을 모두 활용한다는 점을 이해하는 것이 필수적입니다. 두 가지 방법에 대해 배우면 세 가지 농법의 장단점을 충분히 이해할 수 있습니다.

양식업

수산양식은 수생 식물과 동물 간의 자연적 관계를 활용하여 지속 가능한 방식으로 다양한 수확량을 얻는 것입니다. 어떻게 이를 달성할 수 있을까요? 바로 지능적인 설계를 통해 가능하며, 이것이 바로 퍼머컬처의 핵심입니다.

이제 퍼마컬처의 창시자인 빌 몰리슨의 말을 인용해 보겠습니다. 퍼마컬처 디자인 매뉴얼 13.2장 459쪽 "수산양식의 사례"에서 발췌한 내용입니다.

"지난 수십 년 동안 우리는 자연 수계에서 충분한 양의 물고기, 연체동물, 식물을 수확할 수 있었습니다. 하지만 이제는 그렇지 않습니다. 수생 서식지에서 생물을 창조하고 배양하는 새로운 동력이 필요합니다.

수경 재배는 오랜 기간 검증되고 확실한 안정성을 보였으며, 많은 수경 재배가 외부 투입 없이 수천 년 동안 지속되어 왔습니다. 수경 재배 시스템의 안정성과 생산성은 지금까지 개발된 육상 양식 시스템보다 우수합니다. 동일한 에너지나 영양소 투입량을 고려할 때, 수경 재배는 인근 육상 양식보다 4~20배 높은 수확량을 기대할 수 있습니다.

간단히 말해, 양식업은 산림과 마찬가지로 책임 있는 사회의 안정적인 미래 직업이며, 이 두 유익한 시스템 사이에서 현재 목축업(주의: 유해한 과방목을 지칭함)과 단일 작물 재배(주의: 기본적으로 생태적 대량 학살임)에 할당된 지역이 크게 감소하는 것을 보게 될 것입니다. 후자의 두 직업은 사회의 선호도가 점점 낮아지는 기업이며, 그 생산물은 재정, 보건, 사회 복지, 에너지 효율, 또는 전반적인 경관 안정성 등 어떤 관점에서 보더라도 명백한 위험 요소입니다.

수산양식은 고에너지 소비 단일 작물 재배로서, 그 역사적 선례인 대규모 곡물 농장이나 단일 작물 농장보다 더 유효하지 않습니다. 수산양식은 공동체 타로 테라스 양식으로 접할 때 가장 즐겁고, 화합적이며, 사회적으로 가치 있는 반면, 100헥타르 규모의 새우나 메기 집약 양식장일 때는 가장 우울합니다. 따라서 저는 이 글을 통해 합리적인 수확량과 절차를 강조하는 동시에, '한 종의 최대 수확량'이라는 관점은 지양하고자 합니다.

수경재배

수경재배는 흙 없이 미네랄 워터 용액에서 식물을 재배하는 방법입니다. 이 시스템은 공간, 노동력, 그리고 물을 덜 사용하면서도 더욱 효율적인 재배 방식을 가능하게 합니다. 식물이 이상적인 수분 조건에 있기 때문에 일반적으로 많은 양의 물이 낭비되는 상황에서 과도한 수분 공급이 필요하지 않습니다. 이러한 시스템은 영양분의 공급을 필요로 합니다.

수경재배 식품 생산: 식량과 이익을 위한 어류 및 식물 재배, Rebecca L. Nelson, John S. Pade의 기고

디자인: 주요 기능 및 구성 요소

수경재배 시스템의 눈에 띄는 특징 중 하나는 매우 다양한 방식으로 구축할 수 있다는 것입니다. 이러한 다양성에도 불구하고, 모든 수경재배 시스템에는 다섯 가지 핵심 구성 요소가 있습니다. 즉, 사육 탱크, 고형물 제거 장치, 바이오 필터, 수경재배 하위 시스템, 그리고 저수조입니다(그림 1; ^{[ 5 ])} . 이러한 핵심 구성 요소는 모두 "어류 및 식물 생산, 부유 고형물 제거, 그리고 박테리아 질산화"라는 기능을 수행합니다. ^{[ 1 ]}

양식 탱크: 물고기를 키우는 곳

세 가지 유형의 사육 기법이 있습니다. 순차 사육, 분할 사육, 그리고 다중 사육 단위입니다. 이러한 각 기법은 장단점을 가지고 있으며, 각기 다른 배치를 필요로 합니다. 예를 들어, 순차 사육은 한 수조에 다양한 연령대의 물고기를 사육해야 합니다. 이 방식은 다른 사육 기법보다 복잡하지 않습니다. 하지만 다른 어종을 포획할 때, 시장에 내놓을 만큼 충분히 성장하지 않은 물고기에게 스트레스를 유발할 수 있으며, 어류 개체 수 기록을 추적하기 어렵게 만들고, 성장이 저해된 물고기가 포획되는 것을 방지합니다. 또 다른 사육 기법은 분할 사육입니다. 분할 사육은 첫 번째 수조가 수용 가능한 용량에 도달하면 물고기를 무작위로 두 개의 다른 수조에 나누어 사육합니다. 이 기법은 성장이 저해된 물고기의 이동을 방지하는 데 도움이 되지만, 물고기를 다른 수조로 옮길 때 발생하는 스트레스가 전체적인 성장에 해로울 수 있습니다. 마지막으로 흔히 사용되는 기법은 다중 사육 단위 시스템입니다. 이 시스템에서는 개체군을 다양한 연령대에서 시작하여 물고기가 충분히 커지면 더 큰 수조로 옮깁니다.

고형물 제거: 대형 유기성 폐기물 제거

고형물 제거 시스템의 유형은 시스템에서 생성되는 유기성 폐기물의 양(즉, 사육되는 어류 수와 재배되는 식물 수)에 따라 달라집니다. 시스템 내 식물 수로 처리할 수 있는 양보다 어류 폐기물이 더 많을 경우, 마이크로 스크린 드럼과 같은 고형물 제거 장치가 필요합니다.

이러한 중간 필터는 고형물을 포집하고 "수경 채소에 전달하기 전에 암모니아 및 기타 폐기물의 전환을 촉진"하는 데 도움이 됩니다. ^{[ 10 ]} 이는 상업적 규모 시스템에서 적용되며 정화조가 사용되었습니다(그림 2). 정화조 시스템은 원뿔 바닥에서 고형물을 포집합니다. 물고기가 수조에 있어야 상단 근처에 있는 폐기물을 먹고 파이프를 깨끗하게 유지할 수 있습니다. 정화조에서 빠져나온 과도한 유기 폐기물을 걸러내기 위해 정화조 뒤에 그물도 설치됩니다. 이 그물은 일주일에 한두 번 청소해야 합니다. 유기물이 쌓이면 물고기를 죽일 수 있는 혐기성 환경으로 이어질 수 있으므로 이러한 그물을 제거하는 것이 중요합니다. ^{[ 5 ]} 물고기와 식물을 키우려면 일정한 pH, 용존 산소 농도, 이산화탄소, 암모니아, 염소, 아질산염 및 질산염을 포함한 특정 수질 매개변수가 필요합니다. ^{[ 10 ]} 그물에서 수집된 슬러지는 다른 작물에 비료를 주는 데 사용할 수 있으며, 도시 환경에서는 폐수 처리 시설에서 물을 정화하는 데 사용할 수 있습니다. ^{[ 5 ]} 더 작은 규모의 시스템에서는 폐기물 제거가 불필요할 수 있습니다(식물 재배 면적에 비해 물고기의 양이 적은 경우). ^{[ 5 ]} 이러한 시스템에서는 일반적으로 물고기 사육 탱크에서 "자갈 재배 수경 채소밭"으로 물이 직접 흐릅니다. ^{[ 10 ]}

생물여과: 박테리아 활용

수경재배 시스템의 중요한 부분은 물고기 아가미에서 대사성 폐기물로 배출되는 암모니아를 제거하는 것입니다. ^{[ 5 ]} 암모니아 농도가 너무 높으면 물고기가 죽습니다. ^{[ 5] 이는 암모니아의 질산화를 통해 방지됩니다. 이 과정에서 암모니아는 아질산염으로 산화된 다음 질산염으로 산화됩니다. 수경재배는 이 과정을 중재하는 자연적으로 발생하는 질산화 박테리아인 니트로 소모 나스(Nitrosomonas)와 니트로박터 (} Nitrobacter)를 활용합니다. ^{[ 5 ]}

자연적으로 발생하는 이러한 질산화 박테리아는 다양한 표면을 따라 바이오필름 형태로 성장하는 것을 선호합니다. 박테리아 성장을 극대화하기 위해 수경재배에서 바이오필터는 모래, 펄라이트 또는 자갈로 제작되는 경우가 가장 흔합니다. ^{[ 5 ] [ 10 ]}

수경재배 시스템: 식물을 재배하는 곳

이러한 다양한 생물여과 장치는 서로 다른 유형의 수경 재배 시스템을 구분할 때에도 인식하는 것이 중요합니다. 작은 규모의 시스템에서는 식물에 칼슘을 공급하는 이점 때문에 자갈을 사용합니다. ^{[ 5 ]} 이러한 유형의 시스템은 물의 끊임없는 흐름과 밀물이 필요합니다. 이 시스템의 단점으로는 남은 뿌리로 인한 막힘, 미생물 성장, 완전한 물 순환 부족(흐름 부족으로 혐기성 구역이 생기고 식물 생산량이 줄어듬) 등이 있습니다. ^{[ 5 ]} 흐름 부족으로 인해 수질이 나빠지고 물고기가 죽을 수도 있습니다. ^{[ 10 ]} 수경 재배 시스템이 크고 끊임없는 물 흐름이 불가능한 경우 모래 시스템이 좋은 선택입니다. ^{[ 5 ]} 튜브가 막히는 것을 방지하기 위해 더 큰 모래 알갱이를 사용하는 것이 좋습니다. 모래나 자갈이 모두 불가능한 경우 펄라이트도 훌륭한 선택입니다. ^{[ 5 ]} 펄라이트 기반 시스템은 뿌리가 작은 식물을 재배하고 재배자가 수경 재배에 들어가기 전에 모든 고형물을 제거할 의향이 있는 경우에 좋습니다. 이것이 수행되지 않으면 혐기성 부분이 형성됩니다. ^{[ 5 ]}

저수조: 깨끗한 물을 모으는 곳

섬프는 시스템에서 물을 펌핑하는 유일한 장소입니다. 시스템에 물이 손실된 경우 물을 추가하기에 좋은 곳입니다. ^{[ 5 ]}

과학적 이론: 수경재배 시스템은 어떻게 작동하나요?

아쿠아포닉스는 자연적인 생물학적 과정을 활용하는 순환 시스템입니다. 아래에서 시스템의 각 부분(식물, 물고기, 물, 박테리아)에 대해 설명합니다.

식물: 식물에 무엇이 필요하고, 어떻게 키우는 것이 가장 좋은가?

첫째, 수경재배 시스템에 가장 적합한 식물을 선정하는 것이 중요합니다. 이 시스템은 물냉이, 바질, 파, 시금치, 허브, 상추처럼 영양소 요구량이 낮은 식물에 가장 적합합니다. ^{[ 10 ]} 그러나 토마토와 오이도 재배되었습니다. ^{[ 13 ]} 물의 흐름이 원활하지 않아 혐기성 환경이 조성되면 이러한 구역에서 식물 생장이 저해될 수 있습니다. ^{[ 5 ]}

뿌리 작물

점토나 자갈과 같은 바위가 많은 환경에서도 뿌리 작물은 아쿠아포닉스 시스템에서 비교적 잘 자라는 것으로 알려져 있습니다. 아쿠아포닉스로 재배할 수 있는 식물에는 상추, 차이브, 물냉이, 바질, 양배추, 토마토, 호박, 멜론 등이 있습니다. 아쿠아포닉스 개발 초기에는 잎이 많은 작물만 재배할 수 있다고 여겨졌습니다. 현재 캐나다 앨버타주 작물다양화센터(Crop Diversification Center)에서 시도한 바에 따르면 60가지가 넘는 다양한 작물이 성공적으로 재배되고 있습니다. ^{[ 14 ]}

침습성 뿌리

민트처럼 뿌리가 빨리 자라는 품종은 심지 않는 것이 좋습니다. 뿌리가 너무 강하면 배관 속으로 파고들어 배관 전체를 덮어버릴 수 있습니다. ^{[ 4 ]}

미디어로 채워진 시스템

배지 충전 시스템은 가정용 식량 생산에 가장 일반적이므로, 이 섹션에서는 배지 충전 방식에 대해 자세히 설명합니다. 이 방식의 많은 구성 요소는 래프트 및 NFT 시스템에도 사용됩니다. 배지 충전 작업의 기본 구성 요소는 재배대, 어항, 그리고 정화조입니다. 물론 개별 펌프, 통기 장치, 온수기/냉각기, 예비 전력 시스템, 그리고 PVC 배관을 사용하는 다양한 배관 설비도 필요합니다.

재배 매체

표준 0.66cm(1/4인치) 자갈, 펄라이트, 또는 수경재배에 흔히 사용되는 점토 자갈인 하이드로톤을 재배 배지로 사용할 수 있습니다. 자갈은 가격이 약간 저렴하지만, 하이드로톤은 균일성 때문에 경우에 따라 심기가 더 쉽습니다.

용량

물고기 한 마리는 약 10리터, 즉 2.5갤런의 공간이 필요합니다. 따라서 50갤런 어항이라면 20마리까지 키울 수 있습니다. 하지만 물이 많을수록 시스템을 안정시키는 데 도움이 됩니다. 권장되는 최소 어항 크기는 250갤런, 즉 1000리터입니다. 재배용 침대의 용량은 어항 용량과 같아야 합니다. ^{[ 4 ]} 더 작은 시스템도 개발되었지만, 성공률은 다양합니다.

플러시/필 시스템

재배용 베드를 사용할 때는 배지를 주기적으로 채우고 비워야 합니다. 이를 위한 몇 가지 방법이 있습니다.

적절한 흐름은 뿌리와 박테리아 군집에 산소를 공급하는 데 필수적입니다. ^{[ 4 ]} 재배대에서 어항으로 물을 다시 옮기는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 벨 사이펀, 스필 오버, 변기 밸브 또는 타이머로 설정된 펌프가 있습니다. 배지가 채워진 시스템에서 적절한 양의 물, 영양소 및 산소를 물에 공급하는 데 사용할 수 있는 방법은 여러 가지가 있습니다. 핵심은 시스템을 통해 물을 순환시키고 독성 수준의 암모니아와 아질산염이 축적되지 않도록 하는 유량을 갖는 것입니다.

식물 영양소

시스템에 따라 물에 특정 영양소를 첨가해야 할 수도 있습니다. 철, 칼슘, 마그네슘, 칼륨, 붕소 등이 있습니다. 이러한 영양소는 3주 정도 간격으로 킬레이트 형태로 첨가할 수 있습니다. 위에서 설명한 대로 수경재배 에 지렁이 양식을 추가하면 이러한 필요성을 피할 수 있습니다.

Friendly Aquaponics에서는 식물 영양소 결핍을 식별하기 위한 가이드를 만들었습니다.

물고기: 최상의 물고기 생산을 위한 요구 사항

특정 물고기는 변화에 더 강하기 때문에 더 좋습니다.틸라피아는 시스템에서 가장 일반적으로 사용되는 물고기입니다. ^{[ 10 ] [ 5 ]} 시스템에 포함된 물고기에는 "틸라피아, 송어, 농어, 북극 연어, 농어가 포함됩니다...틸라피아는 pH, 온도, 산소, 용존 고형물과 같은 변동하는 수질 조건에 내성이 있습니다." ^{[ 10 ]} 앞서 언급한 이러한 다양한 조건(암모니아, 아질산염, 질산염, pH, 용존 산소, 이산화탄소)은 물고기의 최고 성장률을 보장하기 위해 모니터링하는 것이 중요합니다. ^{[ 10 ]} 이러한 조건은 "물고기의 사육 밀도, 물고기의 성장률, 먹이 공급 속도 및 양"을 통해 직접 또는 간접적으로 측정할 수 있습니다. ^{[ 10 ]}

음식으로서의 생선

거주하시는 지역의 기후에 따라 토종 물고기를 사용하는 것이 가장 좋습니다. 이렇게 하면 어항을 데우거나 식히는 데 필요한 에너지를 최소화할 수 있습니다. 또한 수질이나 온도 변화에도 잘 견디는 강인한 어종을 선택하는 것이 좋습니다. 어떤 물고기는 크기가 커지면 동료를 잡아먹기 때문에 별도의 어항에 넣어야 한다는 점을 명심하세요. ^{[ 4 ]}

급송

어류 사료는 수경재배 시스템의 주요 투입물이므로 지속 가능성을 위해서는 사료 선택이 매우 중요합니다. ^{[ 14 ]}

물고기에게 먹이를 제공하는 데는 여러 가지 방법이 있습니다. 대부분의 시스템은 이러한 여러 가지 방법을 결합하는 것이 유리합니다.

• 펠릿 사료 . 물고기에게 먹이를 줄 때는 생선과 콩으로 만든 고품질 펠릿 사료를 사용할 수 있습니다. 이는 수경재배 시스템에서 물고기에게 먹이를 주는 가장 일반적이고 검증된 방법이지만, 지속적인 외부 공급이 필요하다는 단점이 있어 시스템 운영 비용이 상당히 증가합니다. 다음 옵션을 사용하면 시스템을 완전 폐쇄 루프 시스템에 더 가깝게 만들 수 있습니다.
• 조류 . 조류는 거의 모든 정수역에서 고유하게 자라며 물고기에게 먹이를 제공합니다. 어항에 플라스틱 망사(빈 과일 상자처럼 생긴 것)를 깔면 조류가 자랄 수 있는 표면이 됩니다. 하지만 안타깝게도 아무리 좋은 환경에서도 조류만으로는 물고기의 먹이 필요량을 충분히 충족시키기 어렵습니다.
• 선택한 물고기 종류가 잎이 많은 채소를 먹는다면, 재배 침대에서 물고기 먹이를 생산할 수 있습니다.
• 오리풀은 보조 수조 표면에서 재배할 수 있고, 필요에 따라 수확하여 냉동할 수 있으므로 훌륭한 선택입니다. ^{[ 4 ]} 오리풀은 빠르게 자라며, 물고기에게 필요한 단백질과 영양소 함량이 높고, 대부분의 기후에 적합한 종이 있습니다. 또한, 오리풀은 물고기의 부산물인 암모니아를 흡수하여 특정 종류의 물고기에게 먹일 수 있는 단백질이 풍부한 먹이를 제공합니다. ^{[ 15 ]}
• 지렁이 . 어떤 사람들은 아쿠아포닉스와 함께 지렁이 양식을 합니다 . 이를 통해 작물의 먹을 수 없는 부분(또는 주변에 있는 잔디 깎은 것 같은 다른 유기 폐기물)을 지렁이에게 먹일 수 있습니다. 지렁이는 물고기에게 먹일 수 있습니다. 지렁이 양식장에서 생산된 퇴비는 아쿠아포닉스 시스템 밖에서도 식물을 재배하는 데 사용하거나, 퇴비차를 만들어 수경 시스템에 추가할 수 있습니다. 이를 통해 식물이 받는 영양소가 다양해지며, 특히 부족할 수 있는 붕소를 공급할 수 있습니다.

양식장

치어를 구입할 수는 있지만, 어항을 채우는 유일한 공급원이 될 필요는 없습니다. 폐쇄 루프 시스템이라는 개념을 계속 적용하려면, 치어 사육용 어항을 설치하고 교미를 용이하게 하여 물고기 개체 수가 스스로 유지되도록 할 수 있습니다. 경우에 따라 어린 물고기는 성어가 잡아먹을 수 있으므로 별도의 어항으로 옮겨주는 것이 중요합니다. ^{[ 4 ]}

물

수경재배 시스템에서 수질은 식물의 질과 직접적인 상관관계가 있습니다. 식물은 번성하기 위해 특정 미네랄이 필요하며, 이러한 미네랄은 어류 배설물을 통해 공급됩니다. 수경재배가 아닌 환경에서는 미네랄이 토양에서 나옵니다. 수경재배와 같은 폐쇄형 수경재배 시스템에서는 시스템에 유입되는 미네랄이 엄격하게 조절됩니다. 토양에서 식물을 재배할 경우 식물이 독성 미네랄을 흡수하여 ^{[ 16 ]} 최종 생산물에 있는 미네랄을 소비할 위험이 있습니다. 따라서 수경재배는 더 순수한 형태의 유기농법으로, 더 높은 수준의 조절을 제공하여 더 높은 품질의 제품을 생산합니다.

침전조, 무기화, 탈기 및 생물 여과

수질 유지는 시스템 전체에 매우 중요합니다. 특히 중요한 요소 중 하나는 pH 균형입니다. 시스템의 각 부분이 특정 pH에서 잘 자라기 때문입니다. 따라서 어느 정도 타협이 필요합니다. 물고기는 일반적으로 pH 7.5~8을 선호하고, 식물은 6.0~6.5에서 가장 잘 자라며, 박테리아 군집은 7.0~8.0에서 가장 효율적으로 활동합니다. 시스템이 가장 잘 기능하기 위한 전반적인 pH는 7.0입니다. ^{[ 14 ]}

허용 가능한 수질 수준에 도달하려면 설치된 수경 재배 설정 유형에 따라 다른 구성 요소가 필요합니다. 세 가지 주요 유형이 있습니다. 래프트, 영양막 기술(NFT), 미디어가 채워진 침대입니다. 플로트, 딥 채널, 딥 플로우라고도 하는 래프트 시스템은 어항과 별도의 탱크에 있는 부유 스티로폼 보드에서 식물을 키웁니다. NFT는 물이 얇은 필름으로 흐르면서 길고 좁은 채널에서 식물을 키워 식물의 뿌리로 영양분을 가져옵니다. 미디어가 채워진 침대는 자갈, 펄라이트 또는 하이드로톤과 같은 재배 매체로 채워진 용기로, 식물 뿌리가 고정된 다음 홍수와 배수 순서를 거쳐 뿌리로 영양분을 가져옵니다. ^{[ 14 ]} 처음 두 가지 방법은 상업적 규모의 작업에서 더 일반적인 반면 마지막 방법은 뒷마당 작업에서 가장 일반적으로 사용되어 약 한 가족을 먹일 수 있는 소규모로 식량을 생산합니다.

침전지는 수층에서 고형물을 제거하는 데 사용됩니다. 이는 여러 가지 방법으로 수행할 수 있습니다. 원뿔형 침전지와 침전지는 고형물이 수층에서 침전되도록 돕습니다. 이는 고형물이 있는 물에 비해 비중이 높다는 개념에 기초합니다. ^{[ 14 ]} 기본적으로 이는 고형물이 가라앉아 침전지이든 원뿔형 침전지이든 침전 장치 바닥에 포획될 수 있음을 의미합니다. 고형물을 제거하는 또 다른 방법은 역세척 과정에서 유기물을 제거하는 마이크로 스크린 드럼 필터입니다. 고형물 제거는 래프트 및 NFT 시스템에서만 필요한데, 이는 매체가 채워진 베드에서 고형물이 매체에 포획되어 다른 시스템 구성 요소의 기능을 방해하지 않고 생분해될 수 있기 때문입니다. ^{[ 14 ]} 때때로 매체가 채워진 시스템에 침전지가 있으면 많은 고형 폐기물이 있는 경우 도움이 됩니다.

이제 시스템의 비료인 고형물을 제거하면 시스템이 어떻게 작동하는지 궁금할 것입니다.침전조, 래프트 및 NFT 시스템에는 일종의 다공성 매체로 채워진 무기화 탱크가 필요합니다.이 영역에서 이영양세균은 폐기물을 식물이 쉽게 사용할 수 있는 원소로 전환합니다.이 과정에서는 황화수소, 메탄, 질소와 같은 가스도 생성됩니다.따라서 이러한 가스를 공기 중으로 방출하는 데 도움이 되는 탈기 탱크가 필요합니다. ^{[ 14 ]} 다시 말하지만, 매체로 채워진 층에서는 고형물이 매체에 갇힌 상태로 시스템에 남아 있기 때문에 이것이 필요하지 않습니다.

생물여과(Biofiltration)는 박테리아 군집이 서식할 수 있는 공간을 제공합니다. 래프트(raft) 시스템이나 배지가 채워진 시스템에서는 박테리아가 건강한 수준으로 서식할 수 있는 충분한 표면적이 있기 때문에 생물여과가 필요하지 않습니다. 그러나 NFT 시스템에서는 건강한 군집이 안정될 수 있도록 추가적인 서식 공간이 필요합니다. 이러한 공간을 생물여과(Biofilter)라고 합니다. ^{[ 14 ]}

통기

적절한 물의 환기는 물고기의 삶의 질에 매우 중요합니다. 산소가 충분하지 않으면 물고기는 45분 이내에 죽을 수 있습니다. ^{[ 4 ]} 비록 즉시 죽지 않더라도 아가미 손상은 영구적이고 천천히 진행될 수 있으며, 물고기 개체 수는 감소할 것입니다. 바로 이 점이 예비 전력 시스템을 갖추는 것이 중요한 이유입니다. 물 환기 장치는 수족관 용품점에서 구입할 수 있지만 전기로 작동해야 합니다. 따라서 정전이 발생하면 물에 산소 공급이 중단되어 물고기 개체 수가 감소하게 됩니다.

수족관용 에어레이터만이 어항에 산소를 공급하는 유일한 방법은 아닙니다. 배지가 채워진 시스템에서는 재배대에서 흘러나오는 물이 어항으로 다시 튀기도록 충분한 높이에서 떨어지도록 배치하여 공기가 물에 섞이도록 할 수 있습니다. 정전이 발생하면 에어레이션을 담당하는 펌프도 고장날 수 있습니다. 충분한 산소를 공급하기 위해 어떤 조치를 취하더라도 예비 전력이 필요합니다.

박테리아: 이 박테리아는 어떻게 도움이 되나요?

수경재배 시스템의 중요한 부분은 물고기 아가미에서 대사성 폐기물로 배출되는 암모니아를 제거하는 것입니다. ^{[ 5 ]} 암모니아 농도가 너무 높으면 물고기가 죽습니다. ^{[ 5 ]} 이것은 암모니아의 질산화를 통해 방지됩니다. 이 과정에서 암모니아는 아질산염으로 산화된 다음 질산염으로 산화됩니다. 수경재배는 이 과정을 중재하는 자연적으로 발생하는 질산화 박테리아인 Nitrosomonas와 Nitrobacter를 활용합니다. ^{[ 5 ]} ). 다양한 유형의 수경재배 식물 뿌리에서 박테리아를 분리하여 존재하는 박테리아 균주와 시스템에서의 기능을 결정했습니다. ^{[ 17 ] [ 10 ] [ 18 ] [ 5 ]} 갈대과에 속하는 물처리 근권의 일종인 Phragmites communis에서 암모늄 산화세균인 Nitrosomonascommunis와 Nitrosomas europaea 균주가 뿌리에 존재한다는 것을 확인한 분류학적 연구가 수행되었습니다. ^{[ 17 ]}

박테리아 군집

전체 시스템에 서식하는 박테리아 군집은 아질산염과 암모니아를 질산염으로 전환하여 식물이 이용할 수 있도록 합니다. 이러한 전환이 이루어지지 않으면 아질산염과 어느 정도 암모니아는 독성 수준에 도달하여 물고기와 식물을 죽일 것입니다. ^{[ 14 ]}

자연 식민지 구축

이 박테리아는 공기와 물에서 자연적으로 발견되므로 시스템에 추가할 필요가 없습니다. 자연적 군집이 형성되는 데는 20~30일이 걸릴 수 있으며 ^{[ 14 ]} , 때로는 최대 8주까지 걸릴 수 있습니다. ^{[ 4 ]} 결국 모든 자연적 시스템과 마찬가지로 구성 요소는 균형을 이루고 별다른 유지 관리 없이도 안정적으로 유지됩니다.

자신의 시작

그러나 식민화 과정을 촉진하기 위해 암모니아 공급원으로 매우 소량의 요소 비료를 첨가할 수 있습니다. ^{[ 4 ]}

전력이 없거나 낮은 수경재배 시스템

전력 요구 사항이 거의 없거나 전혀 없는 시스템을 구축하려는 경우(예: 개발도상국에서 수경재배를 장려하는 경우) "플러드 밸브"를 사용할 수 있습니다. ^{[ 20 ]} 이 시스템은 어항에서 "플러드 밸브… [로] 물을 펌핑하는 펌프로만 작동하며 시간당 100갤런 미만의 유량에서도 작동합니다. ^{[ 20 ]} 이 시스템에 대한 구체적인 설계는 아직 나오지 않았지만 "표준 변기 밸브"와 유사한 방식으로 작동합니다. ^{[ 20 ]}

다른 설계에는 밸브가 없지만 대신 수동 작업이 필요합니다.태국에서 수경재배 시스템이 무료로 구축되었으며 전기 입력이 필요하지 않습니다. ^{[ 21 ]} 다음 항목이 필요합니다.물고기를 담을 수 있는 탱크(큰 플라스틱 통과 같음), 식물을 위한 용기, 식물을 물고기 탱크 위로 들어 올리는 수단 및 물주기 장치. ^{[ 21 ]} 이 시스템을 시작하려면 적어도 일주일 전에 물고기를 넣는 것이 중요합니다.또한 식물에 물을 주기 전에 물고기 사육 탱크를 돌린 다음 물뿌리개에 물을 채웁니다.이 시스템에서는 물고기 사육 탱크를 주기적으로 청소해야 합니다.마지막으로 용기에 하루에 최소 세 번 물을 주는 것이 중요합니다. ^{[ 21 ]}

운영 및 유지 보수

작동 및 유지 관리 작업은 모든 설계마다 다릅니다. 일반적으로 영양소와 pH의 다양한 수준을 모니터링해야 합니다. ^{[ 22 ]} 시스템의 여러 구성 요소 사이의 파이프에 쌓인 "슬러지"를 제거하는 것도 중요합니다. ^{[ 23 ]} 다양한 시스템이 언급된 다른 섹션에서는 유지 관리 기술에 대한 자세한 내용이 나와 있습니다.

시스템 평가

세계의 많은 지역에서는 채소나 신선한 생선을 쉽게 구할 수 없습니다. ^{[ 21 ]} 이러한 장소 중 일부는 우리 뒷마당, 근처에 식료품점이 없는 도시 중심부 지역에 있습니다.수경재배 시스템을 평가할 때는 이러한 희소한 자원(신선한 생선과 채소)이 지역 사회에 제공할 수 있는 중요성을 고려해야 합니다. ^{[ 24 ]} 틸라피아에는 지방, 단백질, 철분이 함유되어 있으며, 이는 모두 인간 식단에서 중요한 요소입니다. ^{[ 25 ]}

시스템의 경제적 이점을 평가하려고 할 때, "지금까지 소규모 및 대규모 운영의 수익성을 평가한 연구는 거의 없습니다." ^{[ 1 ]} "생선과 다른 동물들이 농산물 근처에 있을 때 살모넬라균과 대장균 확산을 포함한 교차 오염 위험"이 있기 때문에 식품 안전이 문제가 될지는 아직 확실하지 않습니다. ^{[ 1 ]} 그러나 다음과 같은 이유로 수익이 증가하는 것으로 알려져 있습니다. 1) 물고기가 식물 영양소를 "무료로" 생산합니다. 2) 대형 생물 여과기가 종종 필요하지 않습니다. 3) 물 요구량이 감소합니다. 4) 시스템 운영 및 인프라에 드는 전체 비용을 두 시스템이 공유합니다. ^{[ 26 ]}

시스템을 평가하는 또 다른 방법은 식물의 영양소 제거 효율을 분석하는 것입니다. 이는 많은 과학자들이 수행해 왔습니다. 그러한 실험 중 하나에서 과학자들은 성장 성능, 상추 수확량 및 영양소 보유를 살펴보아 수경 재배 시스템에서 질소 배설 및 흡수를 테스트했습니다. ^{[ 27 ]} 또 다른 실험에서는 토마토와 오이의 질소 제거를 분석하기 위해 수경 재배 시스템을 설정했습니다. 가장 높은 제거율은 토마토에서 나왔고 전체 시스템은 "전체 시스템에서 제거된 질소의 69%가 식용 과일로 전환될 수 있다"는 것을 발견했습니다. ^{[ 28 ]} 특정 작물의 수확량도 시스템의 생산성을 평가하는 데 사용할 수 있습니다. Graber et al.에서 그들은 네 가지 다른 토마토 작물을 분석했고 수경 재배 시스템과 비교했을 때 수경 재배에서 수확량이 더 높다는 것을 발견했습니다(그림 6).

최대 영양소 흡수를 통해 최대의 경제적 이익을 얻기 위해, 한 연구에서는 "어류 먹이 공급량과 그에 따른 용존 영양소가 더 높은 재순환 수조 시스템에서 식물 성장이 가장 크게 관찰되었습니다. 이 시스템에서 코드그래스-스파르티나 바이오매스 생산량은 인공 습지보다 25% 더 많았고, 질소 흡수량은 자연 습지의 두 배였습니다. 예비 경제 분석 결과, 식물의 가치가 상대적으로 높기 때문에 식물 생산으로 추가 수입을 창출할 수 있는 것으로 나타났습니다." ^{[ 23 ]}

영향

전 세계 여러 단체들이 개발도상국의 일부 지역에 수경재배 시스템을 구축하여 소외 계층에 신선한 식물과 물고기를 공급해 왔습니다. 국제구조위원회(IRC)와 같은 단체는 틸라피아를 채운 700갤런(약 217리터) 용량의 양식 수조 두 개를 갖춘 수경재배 시스템을 구축하고, 그 폐수를 이용하여 신선한 식물을 재배했습니다. ^{[ 30 ]}

도시 지역 사회에서 수경재배는 쉽게 구할 수 없는 개인에게 값싼 신선한 농산물을 제공하는 데 사용되었으며 어떤 경우에는 개인이 도시 수경재배 시스템을 통해 수익을 냈습니다. ^{[ 31 ]} 현재 매사추세츠주 애머스트 대학교는 우간다에서 수경재배 프로젝트를 진행 중이며, 이를 통해 지역 주민들에게 고품질 단백질을 제공할 것입니다. ^{[ 32 ]} https://www.cns.umass.edu/about/news/2012/danylchuk-holingsworth-develop-aquaponics-for-developing-countries 에서 비디오를 시청하세요 .매사추세츠 공과대학교는 또한 베트남에서 호아빈이라는 지방에 틸라피아와 쌀을 공급하는 프로젝트를 진행 중입니다. ^{[ 33 ]}

씨 뿌리기

수경재배에 대한 사실과 정보는 인터넷(예: http://theaquaponicsource.com/learn-about-aquaponics/ )에서 쉽게 찾을 수 있습니다. 이 사이트에서는 개인이 시스템의 과학 원리, 수경재배 시스템 설정 방법, 이미 수경재배를 시도해 본 사람들과 이야기(블로그를 통해)하는 방법 등을 배울 수 있습니다. 수경재배에 대한 열풍이 다시 불면서 전 세계 여러 나라에서 수경재배 시스템의 혜택을 보기 시작했습니다. 미국에서는 노스캐롤라이나 주립대학교와 버진아일랜드 대학교가 이 기술을 발전시키는 데 큰 역할을 했습니다. ^{[ 5 ]} 극심한 물 부족에 시달리는 남미 국가들은 효율적인 물 사용(Bishop, 2009) 때문에 이 통합 수경재배 및 원예 시스템에 적합한 후보입니다. 일본, 대만, 방글라데시, 그리고 아시아의 여러 다른 나라들도 좁은 공간에서 저렴하게 유기농 식품을 생산할 수 있다는 가능성 때문에 수경재배를 도입했습니다. 호주에서는 틸라피아(시스템에서 가장 흔히 사용되는 어류)에 대한 금지로 인해 과학자들이 다양한 종의 어류를 양식하기 위한 실험을 해왔습니다. ^{[ 10 ]} 아프리카에서는 유지 관리가 쉽고 저렴하며 효율적인 수경재배 시설이 건설되었습니다. ^{[ 20 ]} 수경재배는 지구상 거의 모든 대륙에 존재합니다. ^{[ 10 ] [ 21 ] [ 20 ] [ 5 ] [ 34 ]} 대부분의 작업은 다음 범주 중 하나에 속합니다.연구, 교육, 비영리, 상업 또는 개인 취미(대부분의 시스템은 소규모입니다). ^{[ 1 ]}

보급의 과제

이 시스템의 주요 제약 중 하나는 시작 비용이 상당히 많이 들고 상업적 규모의 시스템에는 많은 양의 토지가 필요하며 일반적으로 "대규모 모델과 숙련된 인력이 부족하다"는 것입니다. ^{[ 1 ]}

재설계

물고기가 공급하는 영양소의 양은 질산화 박테리아에 의해 질산염에서 식물이 이용할 수 있는 질소로 충분히 빠르게 전환되지 않는 경우가 있습니다(Tyson et al., 2007). pH가 질산화 속도를 변화시킨다는 것은 알려져 있지만, 현재 시스템에서는 박테리아, 물고기, 식물 모두에게 "좋은" pH 사이의 균형을 맞추기가 어려워 각 개체의 이상적인 pH가 서로 다릅니다. ^{[ 35 ] [ 36 ]}

자체 제작 시스템

집에서 아쿠아포닉스 시스템을 구축하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 특히 아이들에게 생명 과학을 가르치는 데 활용한다면 재미있고 보람 있는 프로젝트가 될 수 있습니다. 하지만 식량 생산을 위해 집에서 직접 시스템을 구축하는 것은 완전히 다른 문제입니다. 아쿠아포닉스 시스템에는 다양한 변수가 존재하기 때문에 문제가 발생할 가능성이 매우 높습니다. 아쿠아포닉스에서 가장 중요한 것은 수질이며, 시스템의 한 부분이라도 균형을 잃거나 제대로 작동하지 않으면 심각한 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서 다른 투자와 마찬가지로 아쿠아포닉스 투자도 프로젝트를 시작하기 전에 위험을 이해하는 것이 중요합니다. 아래에는 효율적인 시스템을 설계하는 데 도움이 되는 몇 가지 주의 사항과 방법이 요약되어 있습니다. 하지만 이 문서는 모든 문서와 마찬가지로 불완전합니다. 직접 시스템을 구축하기로 결정하면 새로운 문제에 직면하게 될 것입니다. 하지만 낙담하지 마세요. 해결책은 분명히 존재하며, 계속해서 읽고 노력한다면 저렴한 식량 생산에 대한 해답을 찾을 수 있을 것입니다.

수경재배 시스템을 구성하려면 몇 가지 품목이 필요합니다. 키트는 www.backyardaquaponics.com과 같은 조직에서 구입할 수 있습니다. ^{[ 37 ]} 시스템은 자체 재료를 사용하여 만들 수도 있습니다. 기본 구성 요소는 어항이나 오래된 욕조, 잠수 펌프, 펌프에서 박테리아 챔버로 물을 옮기는 PVC 파이프, 공기 펌프 및 공기 돌입니다. ^{[ 38 ]} 소규모 시스템은 훌륭한 교실 프로젝트이기도 합니다. 학생들은 참여하는 기술과 관련된 문제 해결 기술을 배울 수 있습니다. ^{[ 39 ]} 기타 교육적 측면에는 자연 순환, 질산화, 생물학, 어류 해부학, 영양, 농업, 수학 및 비즈니스가 포함됩니다. 미국 전역과 다른 국가의 학교에서는 초등학교에서 대학 수준의 교육 경험에 수경재배를 사용하고 있습니다. ^{[ 14 ]}

배럴포닉스

배럴포닉스 매뉴얼 . 배럴포닉스는 통 안에서 이루어지는 수경재배입니다. 규모는 작지만 확장성이 뛰어납니다. 배럴포닉스 시스템 구축 방법에 대한 자세한 설명이 필요하시면 Hughey가 제공하는 PDF [1]을 참조하십시오 . ^{[ 40 ]}

시에라 네바다 대학의 시스템 예시입니다. 즐겁게 시청하세요!

농장 분수

팜 파운틴(Farm Fountain)은 아쿠아포닉스와 조형미를 결합한 제품입니다. 공간을 절약하기 위해 아쿠아포닉스를 수직 농법으로 적용했습니다. 직접 만드는 방법

마지막 팁

새로운 시스템을 설계할 때는 수질이 말 그대로 시스템의 생명선이라는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 적절한 유량과 물 공급이 없으면 시스템은 제대로 작동하지 않거나 아예 작동하지 않을 수 있습니다. 머리 할람(Murry Hallam)은 자신의 교육 영상 " 아쿠아포닉스 만들기(Aquaponics Made Easy) "에서 소규모 아쿠아포닉스 시스템에서는 1000L(265갤런) 미만의 시스템은 사용하지 않는 것이 좋다고 강조합니다. 그보다 용량이 작으면 시스템 내 물의 양이 불안정해지고, 온도 변화나 어류 배설물 급증 시 완충 역할을 할 물이 부족해지기 때문입니다.

그 정도의 물을 옮기는 데는 많은 에너지가 소모될 수 있으므로, 주택용 시스템을 설계할 때는 중력을 이용하여 시스템의 한 부분에서 다른 부분으로 물이 이동하도록 하는 방법에 집중해야 합니다. 계획 단계에서 이를 위한 좋은 방법은 각 탱크의 수위를 보여주는 다이어그램을 그리는 것입니다. 이렇게 하면 시스템 내 어디에 물을 배치해야 할지, 그리고 다이어그램의 마지막 부분에서는 물을 시스템 전체로 이동시키기 위해 얼마나 많은 수직 양력이 필요한지 파악할 수 있습니다.

관련 프로젝트

추가 자료

• FAST의 수경재배 정보
• 뒷마당 아쿠아포닉스 . 활발한 포럼 포함
• Growing Power는 사람들에게 식량 재배에 대한 교육을 제공하는 비영리 단체입니다.
• Friendly Aquaponics 에는 시스템 계획이 포함되어 있습니다.
• Aquaponics 저널 기사
• 위키피디아 수경재배 문서 , 추가 자료 섹션
• 기본 수경재배 시스템(DIY) (위키버시티)
• 수경재배에 대한 도움말 수경재배 시스템 구축 및 운영 계획이 포함되어 있습니다.
• Aquaponics Ideas 블로그는 Aquaponics에 대한 정보와 아이디어를 제공합니다.
• 수경재배 가이드를 위한 #1 리소스

참고문헌

페이지 데이터

저자	Kristine Nachbor , Anonymous1 , Cassandra Ruff , Ibrahim Sail , Alison Morse
특허	CC-BY-SA-3.0
조직	HBCSL
인용하다	크리스틴 나흐보르 , 익명1 , 카산드라 러프 , 이브라힘 세일 , 앨리슨 모스 (2007–2025). "아쿠아포닉스" . Appropedia . 2025년 6월 20일 확인 .