アクアポニックス

アクアポニックスは、養殖（水槽で魚、ザリガニ、カタツムリ、エビなどの水生動物を育てる）と水耕栽培（水中で植物を栽培する）を組み合わせた食料生産システムであり、栄養豊富な養殖水を水耕栽培された植物に与えます。^{[1] [2]}

植物は水耕栽培システムで栽培され、根は栄養豊富な排水に浸かっています。これにより、水生動物に有毒なアンモニアやその代謝物をろ過することができます。水は水耕サブシステムを通過した後、浄化され、酸素化され、養殖容器に戻ることができます。^[3]

アクアポニックスシステムで栽培される食品の大きさ、複雑さ、種類は、他のどの農業分野でも見られるシステムと同じくらい多様です。^[4]アクアポニックスで栽培される主な魚は、ティラピア、鯉、金魚、コイ、ナマズ、バラマンディ、さまざまな種類の観賞魚です。生産される主な植物には、レタス、チンゲン菜、ケール、バジル、ミント、クレソン、トマト、ピーマン、キュウリ、豆、エンドウ豆、カボチャ、ブロッコリー、カリフラワー、キャベツなどがあります。^[5]

魚、植物、微生物はアクアポニックスの3つの主要な構成要素であり、微生物は魚の排泄物を植物の栄養素に変換する橋渡しの役割を果たします。現代のアクアポニックス設計の3つの主要なタイプは、深水または「ラフト」、栄養フィルム技術、およびメディアベースのベッドまたは往復システムです。^[6]

一般的に、アクアポニックスシステムは、メディアベースのベッド、フローティングラフト、栄養フィルム技術の3つのタイプに分類されます。このうち、メディアベースのシステムは、他の2つのタイプよりも微生物の体積対表面積比が大きいため、窒素の利用効率が高いと考えられています。^[7]

深水栽培システムは、穴のあいた浮き桟橋を備えた大きなトラフで構成され、そこにネット植木鉢が挿入されます。深水栽培システムでは、これらの植木鉢には通常、ロックウール、ココナッツ、軽石などの根を支える培地が詰められ、根は水槽に常に沈められています。

深水栽培システムは、穴の開いた浮き筏が入った大きな溝で構成されており、その中にネット植木鉢が置かれます。システム内では、これらの植木鉢には通常、ロックウール、ココナッツ、軽石などの培地が詰められており、根を支え、その後、水槽内に継続的に沈められます。^[8]

栄養膜技術は、穴の開いた四角いパイプの狭いチャネルで構成され、根が流れる薄い層の水に部分的に浸かります。^[8]

培地ベースの栽培ベッドは、根の支えと微生物の基質として機能する不活性基質が満たされた水耕栽培用のトラフです。通常、水は満ち引きのパターンで供給され、連続的な栄養と通気が確保されます。

メディアベースの栽培ベッドは、不活性物質で満たされたトラフを使用して植物の根を助け、有益な微生物を収容する水耕栽培システムの一種です。通常、水は灌水と排水のサイクルで供給され、植物に栄養素と酸素を供給します。^[8]

砂利や砂を植物の支持媒体として利用することで、固形物が捕捉され、媒体は固定膜硝化に十分な表面積を持つ。バイオ濾過と水耕栽培を組み合わせることができるため、多くの場合、高価な別個のバイオフィルターが不要になる。^[9]

メディアベースのシステムは、深水ラフトや栄養膜技術よりも微生物の体積対表面積比が大きいため、窒素の利用効率が高いと考えられています。^[7]

アクアポニックスの起源は古くからあるが、その最初の起源については議論がある。

アクアポニックスは、魚の養殖と植物生産の統合に関連した比較的古い農業慣行、特に東南アジアの水田農業や南米のチナンパ（浮島農業）慣行の中で発展したものから発展したと言われている（Komives and Junge 2015）。実際には、歴史的に、19世紀まで魚が積極的に水田に投入されることはほとんどなく（Halwart and Gupta 2004）、魚の密度は非常に低く、植物に実質的な栄養補給には寄与しなかった。チナンパは伝統的にメキシコの湖に建設されており、そこでは、設計された、または積極的に統合された魚生産システムから直接ではなく、富栄養化または半富栄養化湖の堆積物を介して栄養上の利点が供給されていた可能性がある（Morehart 2016; Baquedano 1993）。^[10]

• アステカ人はチナンパと呼ばれる農業島を耕作したが、これは農業用の水耕栽培の初期の形態であると考える者もいる^{[11] [12]。}そこでは、植物は湖の浅瀬にある固定された（時には移動可能な）島で育てられ、チナンパ運河や周辺の都市から浚渫された廃棄物が植物への手作業による灌漑に使われた^{[11] [13] 。}
• 中国南部と東南アジア全域では、稲作と水田での魚の飼育が初期のアクアポニックスシステムの例として挙げられているが、この技術は紀元後5年頃に雲南省から移住した中国人入植者によってもたらされた。^[14]これらの多文化農業システムは多くの極東諸国に存在し、水田では泥鳅(ドジョウ) ^[15] 、黄鳝 (田鰻)、鯉魚(コイ)、鯽魚(鯽魚) ^[16]などの魚や田螺 (タニシ) が飼育されていた。^{[17] [18]}
• 13世紀の中国の農業書『王禎農書』には、泥や土を積んだ木製の浮き筏が描かれており、稲や野生の稲、飼料の栽培に使われた。このような浮き田は、現在の江蘇省、浙江省、福建省にあたる地域で使われていた。これらの浮き田は、架田（かたんだ）​​または葑田（ふんた）と呼ばれ、それぞれ「枠で囲まれた田んぼ」と「アブラナ科の田んぼ」と訳される。この農書には、古い中国の文献も引用されており、それによると、浮き筏による稲作は、中国史の唐代（6世紀）や北宋代（8世紀）の時代にはすでに行われていたことが分かる。^[19]

マレー半島のペラ州北ケリアン地域では、1930年代から水田で魚を育てる水産養殖と農業の統合システムが採用されています。インドネシアでも、いくつかの稲作と魚のシステムが長い歴史を持っていることが報告されています。^[20]

1965年、セングブッシュと彼の同僚は、水を循環させ、活性汚泥で水を処理するシステムを備えた水槽で、コイという魚の飼育に初めて挑戦した。数年後の1971年、シェルブとブラウンは、同様のシステムを使用してニジマスを飼育するより詳細な研究を発表した。クレムソンのサウスカロライナ農業試験場では、研究者のロイヤカノとグロブナー（1973）が、余分な栄養分を吸収するヒシの植物を使って、アメリカナマズのいる池を浄化しようとした。^[21]

1977年、ドイツの科学者ルートヴィヒ・CA・ネーゲルは「循環水による魚と植物の複合生産」という論文を発表し、アクアポニックスの分野に貢献しました。この研究では、ティラピアとトマトの共生栽培の実験が紹介され、魚と植物の両方の生産をサポートする循環システムの実用性が示されました。^[21]この研究は、現代のアクアポニックスシステムを開発するための世界中の研究者コミュニティによる取り組みの1つです。

バラリンとハラーは、水耕栽培システムの熱力学に関する研究を行い、水温の変化が魚や植物の成長率にどのような影響を与えるかを調べました。^[23]

アクアポニックスにおけるバイオ濾過技術の開発において、ミュア、パラー、ルイスは往復式バイオフィルター（RBF）を導入しました。これらのバイオフィルターは、植物による栄養素の吸収効率を高め、水中の有害な代謝産物の蓄積を減らしました^[要出典]。

ワッテンとブッシュは、水耕栽培システムにおける栄養動態の理解に貢献しました。循環型養殖システム（RAS）への維管束植物の統合に関する研究は、植物が水から余分な栄養素を効果的に抽出する方法を実証しました。^[24]

1980年代の技術進歩以前は、水耕栽培と養殖を統合する試みのほとんどは成功しませんでした。^[25]アクアポニックスの現代的な開発と発見の多くは、一般的にニューアルケミー研究所とノースカロライナ州立大学によるものです。^{[26] [7]}

1969年、ジョンとナンシー・トッド夫妻とウィリアム・マクラーニーはニュー・アルケミー研究所を設立し、アステカの水耕栽培システムのプロトタイプレプリカ（多少の改良を加えた）を構築し、年間を通じてシェルター、野菜、魚を提供しました。^[7] 1984年、ニュー・アルケミー研究所のロナルド・ツヴァイクは、「水耕栽培養殖池」または「水耕栽培ソーラー池」と呼ばれるシステムを開発しました。このシステムは、研究所の既存のソーラー池に浮遊する水耕栽培コンポーネントを統合しました。^[20]これらの浮遊するいかだシステムは、後に深海養殖として知られるようになったものの基礎となっています。

ノースカロライナ州立大学のマーク・マクマートリーらは、統合型水耕野菜栽培システムを概念化した。このシステムは、水耕栽培と砂をベースとした栽培床を統合したもので、^[17]閉ループ型水耕栽培システムの最も初期の例の 1 つである。マクマートリーの研究と発見は、水耕栽培の基礎となる科学の多くを裏付け、このシステムが効果的に機能することを実証した。^[27]裏庭のアクアポニックスで採用されている「フラッド アンド ドレイン システム」の進化は、マーク・マクマートリーの先駆的な研究に遡る。^[28]

1979年、バージン諸島大学のジェームズ・ラコシーと彼の同僚は、アクアポニックスにおけるメディアベッドの実験を始めました。当初、このシステムでは、植物の成長のために砂利床を使用し、大きな固形廃棄物を収集するための円錐形のフィルター沈殿タンクと、魚を飼育するための別のタンクを使用しました。^[29] 1986年、彼らはポリスチレンで作られた浮遊ラフトの使用をテストし始めました。^[22] 1997年までに、ラコシーの研究は、大規模なアクアポニックスシステムに深水培養水耕栽培ベッドの採用につながりました。^[27]

他の研究所は、「潮汐」または「洪水と排水」システムとして知られるシステムの研究に焦点を合わせました。これらのシステムは、砂利や膨張粘土などの粗い媒体を使用し、ベルサイフォンで灌漑サイクルを促進します。^[30]これらのシステムは、1990年代に指導マニュアルを作成して販売し、^[31]ノースカロライナ州立大学のシステムを採用してフルサイズの商業規模の太陽熱温室を発明したトムとポーラスペラネオにちなんで「スペラネオシステム」と呼ばれることもあります。^[28]

カナダで最初のアクアポニックス研究は、アルバータ州レスブリッジのステーションで水産養殖研究に統合された小規模システムから始まりました。1990 年代には、マスやレタスなどの高価値作物に焦点を当てた商業用アクアポニックス設備が増加しました。重要な進展は、アルバータ州ブルックスで起こりました。そこでは、レスブリッジ カレッジの水産養殖センター オブ エクセレンス (ACE) のニック サビドフ博士とそのチームが広範な研究を行いました。彼らは、アクアポニックス システムで急速に根が成長し、固形廃棄物のループを閉じるための効果的な方法を発見しました。また、これらのシステムは、植物の成長には有益ですが、通常は魚には不利な低 pH レベルでも効率的に動作できることも発見しました。この研究により、初の完全に自動化された廃棄物ゼロのアクアポニックス システムが作成され、アクアポニックス運用の持続可能性と効率が向上しました。^{[引用が必要]}

2009年、中国では多文化養魚池に浮かぶアクアポニックスシステムが設置されました。米、小麦、カンナなどの作物の栽培に使用されており、一部の施設では2.5エーカー（10,000m2）を超えています^。 [ ^32]

「アクアポニックス」という用語は、「水産養殖」（水生生物の養殖）と「水耕栽培」（土壌を使用しない植物の栽培）を組み合わせたものです。

1970 年代から 1980 年代にかけて、アクアポニックスは「温室での魚と野菜の複合生産」や「循環水での魚と植物の複合生産」など、さまざまな用語で説明されていました。「アクアポニックス」という用語は、1997 年にアクアポニックス ジャーナルが発行されてからより広く使用されるようになりましたが、「統合された魚と野菜の共培養システム」などの他の用語も使用されていました。

「アクアポニックス」の定義はさまざまです。専門家の中には、これを水耕栽培による植物栽培に限定する人もいますが、より広い解釈をする人もいます。水耕栽培とアクアポニックスの接尾辞「ポニックス」は、ギリシャ語の「ポノス」に由来し、「仕事」を意味します。したがって、「アクアポニックス」は「水の仕事」と翻訳できますが、システムの機能と目的を完全に説明しているわけではありません。

エコ認証に関する議論では、明確な定義が重要です。現在、アクアポニックスは水耕栽培を使用しているため、欧州連合の有機農業認証制度には含まれていません。ただし、土壌ベースの有機食品生産を伴う他の形態のアクアポニックスは、有機として認証される可能性があります。^[2]

アクアポニックスは、水生動物を育てる養殖部分と植物を育てる水耕栽培部分の2つの主要な部分で構成されています。主にこの2つの部分で構成されていますが、アクアポニックスシステムは通常、システムのタイプに応じていくつかのコンポーネントまたはサブシステムにグループ化されます。アクアポニックスシステムの洗練度とコストに応じて、固形物除去、生物濾過、および/または水耕栽培サブシステムのユニットが1つのユニットまたはサブシステムに統合されることがあります。^[33]

魚を育てたり餌を与えたりする水槽。

水から余分な栄養分を吸収して植物が成長するシステムの部分。

水を循環させるために使用されます。

食べ残しや剥離したバイオフィルムを捕らえ、微粒子を沈殿させるため の装置（浄化装置とも呼ばれる）。

硝化 細菌が増殖し、アンモニアを植物が利用できる硝酸塩に変換できる場所。 ^[33]バイオフィルターはオプションです。^[4]

いくつかのシステムではサンプを使用します。サンプには、処理された養殖水を飼育タンクに循環させるポンプまたはポンプ入口が装備されています。^[33]

アクアポニックス システムは、植物、魚 (またはその他の水生動物)、バクテリアという 3 つの主要な生きた要素間の共生関係に依存しています。一部のシステムでは、ミミズなどの追加の生きた要素も含まれています。

• 植物は水耕栽培システムにおける主要な生産者であり、太陽光、二酸化炭素、栄養素をバイオマスに変換します。
• アクアポニックスシステムでは、葉野菜、ハーブ、果物、野菜など、多種多様な植物を栽培できます。
• 植物は余分な栄養素や老廃物を除去して水を浄化するのに役立ちます。

植物は成長段階によって必要なミネラルや栄養素の量が異なるため、成熟した植物と同時に苗木が育つように植物の収穫を段階的に行います。これにより水中の毒素が継続的に共生浄化され、水中の栄養分含有量が安定します。^[34]

• 魚やその他の水生動物はアクアポニックスシステムの主な消費者であり、植物にタンパク質と栄養源を提供します。
• アクアポニックスシステムでは、ティラピア、金魚、鯉など、さまざまな種類の魚を使用できます。
• 魚は栄養分が豊富な「廃棄物」を生産することで植物の肥料となる。

• バクテリアは水耕栽培システムにおいて重要な役割を果たし、魚の排泄物に含まれるアンモニアを植物が利用できる栄養素である硝酸塩に変換します。^[2]
• ニトロソモナスやニトロバクターなどの有益な細菌は、健全でバランスのとれた生態系を維持するために不可欠です。
• バクテリアは余分なアンモニアやその他の老廃物を除去して水を浄化するのに役立ちます。

藻類は伝統的な養殖では厄介者とみなされることが多いが、特定のアクアポニックス設計では有益な要素となり得る。Integrated Aqua-Vegeculture Systemなどのシステムでは、藻類はバイオフィルターの表層で意図的に栽培される。これらのシステムでは、藻類は栄養シンクとして機能し、余分な栄養素を吸収するため、最適な水質を維持し、栄養素の不均衡のリスクを軽減する。^[35]しかし、すべてのアクアポニックスシステムがこのように藻類を利用しているわけではなく、他のタイプのシステムでは、水槽内の藻類は制御する必要がある厄介者とみなされている。

藻類は魚や他の微生物、植物に有害な物質を放出することがあります。例えば、シアノバクテリアとしても知られる藍藻は、魚の健康を直接脅かす毒素を生成する可能性があり、その物理的な存在は魚のえらを損傷する可能性があります。^[5]

ほとんどの養殖システムでは、閉鎖系循環システムを採用しているため、食べ残しの飼料や魚などの飼育動物から発生する排水が水中に蓄積します。排水を多く含んだ水は高濃度になると水生動物にとって有毒になりますが、植物の成長に不可欠な栄養素も含まれています。^[33]

アクアポニックス システムでは、アンモニアを植物が利用できる硝酸塩に変換するバクテリアが、システム全体で常に水と接触しているすべての固体表面にバイオフィルムを形成します。野菜の水中根は、多くのバクテリアが蓄積できる大きな表面積を持っています。水中のアンモニアと亜硝酸塩の濃度とともに、表面積によって硝化の速度が決まります。これらのバクテリア コロニーのケアは、アンモニアと亜硝酸塩の完全な同化を制御するために重要です。ほとんどのアクアポニックス システムには、これらの微生物の成長を促進するバイオフィルター ユニットが含まれているのはこのためです。

通常、システムが安定した後、アンモニア濃度は0.25〜0.50 ppm、亜硝酸塩濃度は0.0〜0.25 ppm、硝酸塩濃度は5〜150 ppmの範囲になります。^[要出典]システムの起動時には、硝化プロセスが開始されるまでに数週間かかります。^[36]その結果、ニトロソモナス属とニトロバクター属の細菌がシステム内にまだ定着していないため、アンモニア（最大6.0 ppm）と亜硝酸塩（最大15 ppm）のレベルの急上昇が発生する可能性があります。硝酸塩濃度は、システムが窒素サイクルを完了し、健全なバイオフィルターを維持し、これらの細菌が成熟したコロニーに成長するにつれて、起動段階の後期にピークに達します。^[37]硝酸塩レベルは起動段階の後期にピークに達します。^[要出典]硝化プロセスでは、アンモニアが亜硝酸塩に酸化され、水素イオンが水中に放出されます。時間が経つにつれて、水のpHは徐々に低下します。酸性化に対する緩衝材として十分な量が水中に自然に含まれている場合、水酸化カリウムや水酸化カルシウムなどの非ナトリウム塩基を使用して水のpHを中和することができます。さらに、植物の主な栄養源となる魚の排泄物に加えて、鉄などの特定のミネラルや栄養素を追加することもできます。^[33]

アクアポニックスにおける固形物の蓄積に対処する良い方法は、ミミズを使うことです。ミミズは固形有機物を液化して、システム内の植物や他の動物が利用できるようにします。ミミズのみの栽培方法については、Vermiponics を参照してください。^{[引用が必要]}

システムへの5つの主な入力は、水、酸素、光、水生動物に与える餌、および水を汲み上げ、濾過し、酸素を供給するための電気です。安定したシステムを維持するために、成長した魚をシステムから取り出し、代わりに卵や稚魚を追加する場合があります。出力に関しては、アクアポニックスシステムは、水耕栽培で栽培された野菜や養殖で育てられた食用水生種などの植物を継続的に生産できます。一般的な構築比率は、システム内の養殖水1米ガロン（3.8リットル）ごとに0.5〜1平方フィートの栽培スペースです。1米ガロン（3.8リットル）の水は、エアレーションと濾過に応じて、0.5ポンド（0.23 kg）から1ポンド（0.45 kg）の魚のストックを支えることができます。^[38]

ほとんどの養殖システムと同様に、家畜の飼料は価値の低い魚種から得られる魚粉で構成されていることが多い。野生の魚の資源が継続的に枯渇しているため、この慣行は持続不可能である。有機飼料は、この懸念を軽減する実行可能な代替手段となる可能性がある。他の代替手段としては、システムで育てたのと同じ魚を餌とするアクアポニックスシステムでウキクサを育てる、 ^{[39]調理済みの台所の残り物を使用して、}ミミズ培養堆肥から育てた余剰のミミズを利用する、^[40]および、堆肥化幼虫栽培機を使用して魚に与えるためにクロミミズの幼虫を育てることなどがある。^[41]

植物の健全な成長は、微生物分解によって生成される根の環境中の多様な有機化合物に依存しています。これらには、成長、収量、風味、病原体耐性に不可欠なビタミン、ホルモン、酵素が含まれます。フミン酸などの有機物は微量栄養素を利用可能にします。無機栄養素は不可欠ですが、植物は最適な発育のために有機代謝物を必要とします。^[33]

アクアポニックスシステムは、通常の操作で水を排出または交換するのではなく、効率的に水を循環させて再利用するように設計されています。このシステムは、動物と植物の相互作用を利用して、栄養素と酸素レベルの変動を最小限に抑えた安定した水生環境を維持します。植物は循環水から溶解した栄養素を吸収するため、排水の必要性が減り、水の交換率が最小限に抑えられます。^[33]一部の著者は、従来の商業的な魚や作物の生産システムと比較して、アクアポニックスによる水の使用量が90％少ないと報告しています。^[7]

水は、植物の吸収と蒸散、蒸発、降雨による溢れ、固形廃棄物の除去による損失を補うためだけにシステムに追加されます。その結果、アクアポニックスは、同じ野菜生産のために従来の灌漑方法に必要な水の約2％を使用します。 ^[42]この効率により、水が限られている地域や肥沃な土地でも作物や魚の栽培が可能になります。

アクアポニックスシステムは、制御された湿地の状態を模倣することもできるため、バイオ濾過や家庭 下水の処理に役立ちます。^[43]栄養豊富なオーバーフロー水は集水タンクに集められ、土壌に植えられた作物の成長を促進するために再利用したり、水位を維持するためにアクアポニックスシステムにポンプで戻したりすることができます。^[44]

伝統的な養殖では、アクアポニックスとは異なり、定期的な水交換が不可欠です。牛肉1kgを生産するには、通常5,000〜20,000リットルの水が必要です。半集約型および大規模型の従来の養殖では、同じ量の魚に対して2,500〜375,000リットルの水が必要です。対照的に、循環型養殖システム（RAS）は非常に効率的で、水の95％〜99％をリサイクルし、魚1kgあたり100リットル未満の水を使用します。^[8]

アクアポニックス システムでは、水の再循環と温度を維持するために、さまざまな量の人工エネルギー、テクノロジー、環境制御を使用します。ただし、代替エネルギー源を使用したり、重力を利用して水の流れを調節することでポンプの数を最小限に抑えるなど、エネルギー効率を考慮してシステムを設計すると、システムのエネルギー効率を高めることができます。注意深い設計にもかかわらず、アクアポニックス システムには、停電やパイプの詰まりなどの障害によって魚の損失につながる重大なポイントがあります。 ^{[引用が必要]}

水耕栽培システムが経済的に成功し、運営費を賄いながら利益を上げるためには、水耕栽培プラントの構成要素と魚の飼育構成要素がほぼ常に最大生産能力にある必要があります。^[33]システム内の魚のバイオマスを最大に保つために（魚の成長を制限することなく）、この最大量を維持するのに役立つ3つの主な放流方法があります。

• 連続飼育：複数の年齢層の魚が飼育タンクを共有し、ある年齢層が市場に出せるサイズに達すると選択的に収穫され、同じ数の稚魚と入れ替えられる。^[33]この方法の欠点としては、収穫のたびに魚のプール全体にストレスがかかること、魚が失われて餌やスペースが無駄になること、頻繁な収穫で正確な記録を維持するのが難しいことなどが挙げられます。^[33]
• ストック分割:一度に大量の稚魚を放流し、水槽が最大収容能力に達したら2つのグループに分割します。これにより記録が容易になり、魚が「忘れ去られる」ことがなくなります。この操作をストレスなく行う方法は、さまざまな飼育水槽を接続する「スイムウェイ」と、魚を移動させる一連のハッチ/可動スクリーン/ポンプを使用することです。^[33]
• 複数の飼育ユニット：このようなシステムでは通常、濾過システムを共有する2～4つのタンクがあり、最大のタンクが収穫されると、他の魚のグループはより大きなタンクに移動され、新しいバッチが最も小さなタンクで開始されます。^[33]また、複数の飼育タンクがあり、それらの間で魚を移動する方法がないことも一般的です。これにより、魚を移動する労力がなくなり、収穫中に各タンクが邪魔されずに済みます。ただし、魚が稚魚の場合はスペースの使用が非効率的です。^[33]

理想的には、飼育水槽内の魚のバイオマスは、混雑によるストレスを軽減し、魚に効率的に餌を与え、健康的な成長を促進するために、0.5ポンド/ガロンを超えないようにします。^[33]

最も効果的な有機農薬はニームオイルですが、魚の水への流出を最小限に抑えるため、少量に限ります。^[要出典]。アクアポニックスの商業化は、害虫や病気の管理におけるボトルネックによってしばしば行き詰まっています。化学的防除法の使用は、すべてのシステムで非常に複雑です。殺虫剤や除草剤は確立された商業的な生物的防除手段で置き換えることができますが、殺菌剤や殺線虫剤はアクアポニックスではまだ重要です。モニタリングと文化的防除は、害虫の個体数を抑制するための最初のアプローチです。一般に、生物学的防除はより広範囲に適応できます。非化学的予防手段は、あらゆる設計において害虫や病気の予防に非常に有効です。^[45]

アクアポニックスシステムで栽培された植物は、従来の水耕栽培システムで栽培された植物と比較して、病気に対する耐性が高い可能性があります。この環境は多様な微生物を支えており、その一部は植物の根を病原体から守るのに役立つ可能性があります。^[33]

今日の技術は、水耕栽培システムを大幅に改善しました。高度なセンサーとIoTデバイスを使用することで、これらのシステムは多くの自動化を実現できるようになりました。これにより、栄養レベル、水の使用量、照明などの重要な要素を厳密に管理することが可能になります。これらのプロセスを自動化することで、水耕栽培の効率が向上するだけでなく、作物の収穫量が向上し、資源をより賢く活用できるようになります。^[3]

多くの人が自動制御・監視システムの開発を試みており、その一部は一定の成功を収めている。例えば、研究者は小規模なアクアポニックスシステムに自動化を導入し、費用対効果が高く持続可能な農業システムを実現することができた。^{[46] [47]}自動化技術の商業的開発も登場している。例えば、ある企業は農業の反復作業を自動化できるシステムを開発しており、病気の植物や発育不良の植物を自動的に検出して除去できる機械学習アルゴリズムを備えている。 ^[48]米国初の屋内サーモン養殖場であると主張する3.75エーカーのアクアポニックス施設にも自動化技術が組み込まれている。 ^[49]アクアポニックスマシンは、アクアポニックスに関する情報の文書化と収集において顕著な進歩を遂げた。^[要出典]

アクアポニックスは、農家が野菜を栽培し、同時に魚を養殖することを可能にする、多様で安定した複合栽培システムを提供します。 2つの収益源を持つことで、農家は魚または植物のどちらかの市場が低迷した場合でも収入を得続けることができます。^{[50]アクアポニックスのシステムの柔軟性により、一般的な野菜、}ハーブ、花、水生植物など、さまざまな作物を栽培して、幅広い消費者層に応えることができます。^[50]アクアポニックスシステムで収益性の高い植物には、白菜、レタス、バジル、バラ、トマト、オクラ、マスクメロン、ピーマンなどがあります。^[51]

環境意識の高い消費者にとって、アクアポニック製品はオーガニックで農薬不使用であり、システムの環境負荷が比較的小さいため魅力的です。アクアポニックシステムは、水の使用量が少なく、栄養循環が効果的で、土地の必要量が最小限であるため、経済的にも効率的です。これらのシステムは、土壌の質が悪い地域や汚染された水がある地域でも設置でき、少量の水しか必要としません。さらに、アクアポニックシステムは通常、雑草、害虫、土壌伝染病がないため、高品質の作物を安定して迅速に生産できます。^[50]

アクアポニックスに関する研究は主に技術的な側面に焦点を当てており、特に商業的な観点からの経済的実現可能性を扱った研究は限られている。アクアポニックスは一般的に収益性が高く持続可能と考えられているが、多様な立地条件、気候の変化、市場価格の変動により、コストの計算やシステムの比較は複雑になっている。エネルギー費用は重要な要素であり、国によってかなりの違いがあるため、収益性の評価は複雑になっている。研究者の中には、アクアポニックスは2年で経済的均衡に達すると主張する者もいるが、収益性は1平方メートル当たりで評価すべきだと主張する者もいる。^[28]

アクアポニックスシステムとその経済的持続可能性に関する研究は、従来の水耕栽培システムと比較すると、かなり少ない。現在利用可能な研究に基づくと、アクアポニックス事業の経済的実行可能性は個別に評価する必要がある。システム設計、季節的な気候条件、地域のエネルギーや土地のコストなど、多くの変数がアクアポニックス事業の収益性を決定する上で重要な役割を果たしている。^[52]

追加の研究では、アクアポニックスシステムでは水耕栽培システムよりも14％少ない肥料を使用できることが示されています。^[53]この削減にもかかわらず、栽培者は水耕栽培の維持コストが水耕栽培で余分な肥料を使用するよりも安いかどうかを判断する必要があります。

アクアポニックスシステムの経済的成功を妨げるシステム以外の障壁としては、これらのシステムが複数の分野における高度な知識を必要とすること、アクアポニックスのための資金調達機会が不足していること、一般の人々がアクアポニックスが何であるか理解していないことなどが挙げられます。^[8]アクアポニックスビジネスは、現時点で米国で比較的よく知られている技術である水耕栽培と比較して、追加のブランディング戦略を必要とする場合があります。

アクアポニックス開発の限界の一つは、民間企業が研究結果を一般に公開していないことを考慮すると、商業的に実行可能な経済的実現可能性が欠如していることである。^[28]

• • 2018年3月、ヨーロッパ諸国の間でヨーロッパアクアポニックス協会が設立されました。これにより、ヨーロッパ諸国がアクアポニックスの研究と実践を継続するための組織が設立されました。 ^[54]

• • 世界で最も人口密度の高い国であるバングラデシュでは、ほとんどの農家が食料の生産と貯蔵寿命を延ばすために農薬を使用しているが、人間が食べる食品に含まれる化学物質の安全なレベルに関する監督が不十分である。 ^{[55]この問題に対処するために、}バングラデシュ農業大学水産養殖学部のMAサラム氏が率いるチームは、塩分濃度が高くなりやすい南部地域や洪水が発生しやすい東部ハオール地域など、気候条件が悪い地域に住む人々に有機農産物と魚を提供するための低コストのアクアポニックスシステムの計画を立てた。 ^{[56] [57]}サラム氏の研究は、コミュニティレベルと個人レベルでのマイクロ生産目標のための自給農業の一形態を革新している。
  • ガザ市の屋上で使用するためのアクアポニックス園芸システムが開発されました。^[58]

• • ノースダコタ州ボッティノーにあるダコタ・カレッジ・アット・ボッティノーには、アクアポニックスのプログラムがあり、学生はアクアポニックスの資格やAAS学位を取得できます。^[59]
  • デンバーのスミスロード施設は、デンバー刑務所の受刑者800人から1,000人、および隣接するダウンタウンの施設（受刑者1,500人と警官700人）に食事を提供するためにアクアポニックスプログラムを開始しました。^[60]
  • ニカラグアのボランティア団体「アミーゴス・フォー・キリスト」は、水耕栽培法で得た栄養素を使って、貧困に苦しむ900人以上の学童に食事を与えるために農園を運営している。^[61]
  • 非営利財団グローイング・パワーがミルウォーキーの若者に仕事の機会と訓練を提供し、地域の食料を育てている例など、アクアポニックスの地域統合へのシフトがみられる。このモデルは、ベトナム人漁師コミュニティがディープウォーター・ホライズン原油流出事故の被害を受けたニューオーリンズやニューヨーク市サウスブロンクスなど、他の都市でもいくつかの衛星プロジェクトを生み出している。^[62]
  • ウィスパリング・ルーツはネブラスカ州オマハにある非営利団体で、アクアポニックス、水耕栽培、都市農業を利用して、社会的、経済的に恵まれないコミュニティに新鮮で地元産の健康的な食品を提供しています。^{[63] [64]}
  • 最近、アクアポニックスは屋内生産システムへと移行しつつあります。シカゴなどの都市では、起業家が垂直設計を利用して年間を通じて食料を栽培しています。これらのシステムを使用すると、無駄を最小限に抑えて年間を通じて食料を栽培することができます。^[65]

• • カリブ海の島、バルバドスは、輸入食品への依存度を減らす取り組みの一環として、アクアポニックス・マシンと呼ばれるアクアポニックス・システムを自宅で導入し、観光客に農産物を販売して収益を得る取り組みを始めた。^[要出典]

世界中のアクアポニックス園芸家たちは、オンラインコミュニティサイトやフォーラムに集まり、経験を共有し、この形態の園芸の発展を促進しているほか 、 ^{[66]家庭でのシステム構築方法に関する広範なリソースを作成しています。}

一般向けには、アクアポニックスシステムを利用して有機野菜やハーブを生産し、同時に室内装飾も提供する様々なモジュラーシステムが作られています。^[67]これらのシステムは、室内でハーブや野菜の供給源として機能します。都市住民の間で人気が高まるにつれて、大学ではこれらのモジュラーシステムの研究を推進しています。^[68]

• 米と魚のシステム
• 統合多栄養段階養殖
• 垂直農法