Kasvien kasvun ja laadun vertailu hydroponic- ja aquaponic-systeemeissä

Abstract

Yhdistetystä kalanviljelystä ja kasvien vesiviljelystä eli aquaponic-viljelystä lupaillaan helpotusta ruoantuotannon globaaleihin ongelmiin sillä se vähentää vesiviljelyyn tarvittavien ravinteiden määrää hyödyntäen kalojen jätösten ravinteet kasvisadon tuottamiseen. Aquaponic-viljelyllä on siis potentiaalia lisätä ruoantuotannon tehokkuutta, mutta sen laajamittaista käyttöönottoa hidastavat viljelyn monimutkaisuus sekä korkeat aloituskustannukset. Kaupallinen tehotuotanto on toistaiseksi ollut vaatimatonta, näin ollen aquaponicsin taloudellisesta tuottavuudesta on vähäisesti tutkimustuloksia. Tutkimuksemme tarkoitus oli tuottaa lisää tietoa kasvien kasvusta ja laadusta aquaponic-systeemissä ja selvittää, onko veden alkuperällä ja lannoituksella vaikutusta niihin. Mittasimme eri ravintokasvien kasvua aquaponic- ja hydroponic-systeemeissä käyttäen vertailukriteereinä sekä biologisesti tärkeitä tutkimusmuuttujia että kaupalliseen hyödyntämiseen vaikuttavia tekijöitä: kasvien tuoremassaa, juurten pituutta ja tuoremassaa, lehtipinta-alaa sekä kasvien väriä, hajua ja makua. Koeasetelmamme käsitti 12 kasvatusallasta, joissa kasvatimme kahta keräsalaatin (Lactuca sativa var. capitata) tyyppiä (jäävuorisalaatti ja bataviasalaatti) sekä punalehtistä basilikaa (Ocimum basilicum) kuuden viikon ajan seuraamalla niitä viikoittain. Käytimme kasvatusliuoksen osalta kahta käsittelyä: veden alkuperä (tasot: porakaivo/aquaponic-systeemi) ja lannoitus (tasot: lannoitettu/lannoittamaton). Aikaisempiin tutkimuksiin perustuen odotimme, että kasvilannoitetta saaneet kasvit kasvaisivat suuremmiksi kuin lannoittamatonta vettä saaneet. Tuloksemme koko kasvin tuoremassan, juurten tuoremassan, juurten pituuden ja lehtipinta-alan osalta tukivat tätä hypoteesia. Hypoteesimme siitä, että aquaponic-vesi ja lannoitus yhdessä johtaisivat joko yhtä hyvään tai parempaan kasvien kasvuun kuin mihin lannoite tai aquaponic-vesi johtaisivat yksinään, sai tukea koko kasvin ja juurten tuoremassan sekä lehtipinta-alan osalta. Basilikan tuoremassaan tai pinta-alaan käsittelyllä ei ollut merkitsevää vaikutusta, bataviasalaatti puolestaan kasvoi muita lajeja suuremmaksi useamman eri tutkimusmuuttujan osalta. Keskeinen tulos viittaa siihen, ettei minkään kasvin kasvua tai laatua ilmentävän tutkimusmuuttujan eikä minkään kasvilajin kohdalla ole havaittavaa eroa hydroponic- ja aquaponic-viljelyn, eli lannoitetun porakaivoveden ja lannoittamattoman aquaponic-veden välillä.

Combined aquaculture and cultivation of plants in water, referred to as aquaponics, seems promising in relieving the global problems in food production, because the amount of nutrients needed for hydroculture is lower as in aquaponics the nutrients from fish wastes are used to produce plant crops. Therefore, aquaponics has the potential to maximize food production with fewer resources, but the complexity and high capital costs of aquaponic systems have been hindering their use on a larger scale. Due to moderate commercial production there isn’t much scientific literature on profitability of aquaponics. The aim of our study was to yield more science-based information on plant growth and quality in an aquaponic system, and to find out whether the source and fertilization of water affect them. We measured the growth of different edible plants in aquaponic and hydroponic systems, comparing both biologically relevant variables as well as variables related to capitalizing the crops: the fresh mass of the plants, the length and fresh mass of the roots, leaf area and the color, smell and taste of the plants. Our experimental setup included 12 tanks in which we cultivated and monitored two types (iceberg and Batavian) of lettuce (Lactuca sativa var. capitata) and red basil (Ocimum basilicum) for six weeks. We used two solution treatments in our study: the source of the water (two classes: bore well/aquaponics) and fertilization (added fertilizer/no fertilizer). Based on previous research we expected that the plants that received fertilizer would grow bigger than the plants that did not. Our results on the fresh mass of the whole plant, the fresh mass of the roots, the length of the roots and the leaf area supported this hypothesis. We also hypothesized that together the fertilizer and the water from aquaponic system would result in as good or even better growth than either one of them on their own. This hypothesis was supported by the results on the fresh mass of the whole plant, the fresh mass of the roots and the leaf area. Treatment did not have statistically significant effect on fresh mass or leaf area of basil, whereas comparing various variables Batavian lettuce grew larger than the other species. What can be seen as the most important result of this study is that no significant difference was identified in any of the variables measuring the growth and quality, nor in any of the plant species, between the plants cultivated in hydroponic and aquaponic solutions, i.e. fertilized bore well water and unfertilized water from the aquaponic system.