Mô hình Aquaponics quy mô nhỏ cho hộ gia đình

Aquaponic quy mô nhỏ cho hộ gia đình

Hệ thống aquaponics quy mô nhỏ đã và đang trở thành một lựa chọn khả thi để cung cấp một chế độ ăn lành mạnh cho gia đình. Bên cạnh đó aquaponics được xem là mô hình sản xuất lương thực bền vững vì có thể tiết kiệm, tái chế nước và chất dinh dưỡng. Aquaponics là một hệ thống tích hợp giữa nuôi trồng thủy sản với thủy canh, tận dụng nước thải từ nuôi trồng thủy sản và sử dụng nó làm chất dinh dưỡng cho cây trồng phát triển.

Một trong những đặc điểm khiến hệ thống aquaponic khó đánh giá do sự không đồng nhất, bởi hệ thống aquaponics có nhiều kiểu dáng và thích nghi với các điều kiện khí hậu cũng như kinh tế khác nhau, nó cũng nuôi loài cá và trồng các loại rau khác nhau.

Hệ thống Aquaponics có nhiều kiểu dáng và thích nghi với các điều kiện khí hậu cũng như kinh tế khác nhau. Ảnh: Idntimes.

Hệ thống Aquaponics với kích thước bể 1000L và không gian trồng trọt khoảng 3,0 m2 có thể được coi là quy mô nhỏ, và phù hợp để sản xuất tại nhà cho một gia đình, với mục đích sản xuất các loại rau khác nhau để tự cung tự cấp.

Ở các hệ thống sản xuất quy mô thương mại thường chỉ nuôi một loài cá và hay trồng 1 loại cây duy nhất. Trong các hệ thống aquaponics quy mô nhỏ, việc trồng nhiều loại cây khác nhau (đa canh) phổ biến hơn, đặc biệt là khi chúng hướng đến việc tự cung tự cấp.

Các thiết bị trong hệ thống aquaponics quy mô nhỏ

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Seville đã đánh giá một hệ thống aquaponics với hơn 20 loại rau và nuôi cá, nhằm mục đích tự cung tự cấp trong thành phố Seville (Tây Ban Nha), nghiên cứu thực hiện trong 1 năm để tính đến những hạn chế về khí hậu trong mùa hè và mùa đông.

Các thiết bị trong hệ thống aquaponics quy mô nhỏ cũng đa đạng để dễ đầu tưu. Ảnh: Middle Brook Center.

Hai cơ sở aquaponics giống hệt nhau được xây dựng dựa trên thiết kế của FAO cho hệ thống aquaponics quy mô nhỏ (MAS), với một số thay đổi được thực hiện để cải thiện hiệu suất và khả năng xử lý của hệ thống. Các vật liệu rẻ tiền và dễ kiếm được sử dụng (tức là các vật liệu dễ kiếm, giá rẻ ở chợ hoặc được tái chế sau khi sử dụng cho các mục đích khác). Tổng chi phí đầu tư cho việc xây dựng ước tính vào khoảng 1300 € (gần 35 triệu) cho mỗi hệ thống.

Aquaponics cho hộ gia đình bao gồm 1 bể nuôi cá và sự kết hợp của 3 hệ thống phụ trồng rau thủy canh.

Mỗi hệ thống Aquaponics cho hộ gia đình bao gồm 1 bể nuôi cá và sự kết hợp của 3 hệ thống phụ trồng rau thủy canh:

1: Kỹ thuật màng dinh dưỡng (NFT): là một dạng kỹ thuật trồng rau thủy canh mà trong đó một dòng nước rất nông có chứa tất cả các chất dinh dưỡng hòa tan cần thiết cho sự phát triển của cây trồng được tái tuần hoàn qua bộ rễ trần của cây trong một rãnh kín nước.

2: Grow Bed (GB) chứa các hạt đất sét nung hoạt động đồng thời như một bộ lọc sinh học vi khuẩn và như một hệ thống phụ thủy canh.

3: Hệ thống bể trồng nước sâu (DWC) bể giúp rễ của cây trồng chìm hoàn toàn trong trong dung dịch nước và chất dinh dưỡng. Mũi tên xanh chỉ hướng đi của nước.

Hệ thống Aquaponics quy mô nhỏ dễ thiết kế, chăm sóc hơn quy mô công nghiệp. Ảnh: Twimg

Trong hệ thống aquaponics được nghiên cứu, tổng diện tích canh tác là 4,56m² , trong đó 3m² trồng rau thủy canh sử dụng kỹ thuật màng dinh dưỡng NFT, 1,2m² cho GB và 0,36m² cho DWC. Tổng khối lượng nước tuần hoàn là 1,8m³.

Bể cá là loại IBC (nhựa nguyên sinh hình khối) (1,0m × 1,2mx 1,0m) với lỗ 0,7m x 0,7m được cắt phía trên để. Hai tấm lưới được đặt trên để tránh cá nhảy ra khỏi bể và 1 tấm để che nắng. Oxy hòa tan trong nước được đảm bảo bằng một máy bơm không khí 5w với lưu lượng 0,48m³/1h. Lượng nước trong bể được duy trì ở mức không đổi (0,95 m³).

Bể cá được nối thông qua một ống PVC 50 mm với một bể lắng 0,45 m3 (thân hình trụ và đáy hình nón có van xả chất thải). Nước từ bể cá đi vào bể lắng với ống elbow giúp nước có chuyển động tròn tạo điều kiện cho chất thải rắn lắng xuống , đồng thời nước sạch chảy ngược lên trên. 

Nước từ bể chứa, 80% lượng nước được đưa trở lại bể cá nhờ một máy bơm chìm. 20% còn lại được tuần hoàn bởi một hệ thống phụ thủy canh NFT, và quay trở lại bể chứa một lần nữa. Đối với NFT, năm ống PVC (chiều dài: 5 m; đường kính: 0,11 m; khoảng cách: cách nhau 0,11 m), được đặt trên các khối bê tông được san bằng để có độ dốc 1%, đã được sử dụng. Mỗi ống có 12 lỗ với đường kính 0,05 m, cách nhau 0,25 m).

Những loài rau và cá được trồng trong hệ thống aquaponics hộ gia đình

Loài cá được các nhà nghiên cứu chọn làm thí nghiệm là cá điêu hồng lai (Oreochromis niloticus x Oreochromis mossambicus), do có tốc độ tăng trưởng cao. Khi cân nặng trung bình khoảng 15g, 110 con cá giống được thả trong bể aquaponics MAS1 (tổng sinh khối: 1615 g) và 106 cá giống trong bể aquaponics MAS2 (1635 g).

Tổng cộng có 22 loại cây được trồng trong một năm ở cả hai hệ thống aquaponics. Các nhà nghiên cứu đã lựa chọn phương pháp nuôi ghép trái cây, rau và rau thơm với mục đích cung cấp cho một gia đình những sản phẩm đa dạng cho phép họ đạt được chế độ ăn uống lành mạnh về mặt dinh dưỡng. 

Mô hình Aquaponics đa canh cung cấp sản phẩm đa dạng và dinh dưỡng. Ảnh: IDN Times

Các loài được sử dụng là: Cà chua Raf (Solanum lycopersicum Raf), cà chua Roma (Solanum lycopersicum Roma), dưa hấu (Citrullus lanatus), hương nhu tía (Ocimum basilicum), hành tây (Allium cepa), cỏ ngọt (Stevia rebaudiana), bí ngô (Cucurbita spp), cà tím (Solanum melongena), dưa chuột (Cucumis sativus), ớt (Capsicum annuum), dưa lưới (Cucumis melo), cải chíp (Beta vulgaris var. Cicla), bông cải xanh (Brassica oleracea var. Italic), súp lơ (Brassica oleracea var. Botrytis), bắp cải (Brassica oleracea var. Capitate), Cải thảo (Brassica rapa subsp. Pekinensis), dâu tây (Fragaria × ananassa), khoai tây (Solanum tuberosum), Bí xanh (Cucurbita pepo), Rau răm (Lactuca sativa). Những cây con này được chọn với ít nhất bốn lá và khoảng một tháng sau khi nảy mầm. Để trồng, hệ thống rễ của cây con đã được rửa sạch cẩn thận và đưa vào hệ thống phụ thủy canh tương ứng.

Vận hành hệ thống aquaponics

Trước khi bắt đầu sản xuất aquaponic, nước được tuần hoàn qua hệ thống trong 40 ngày mà không có cá hoặc thực vật, để vi khuẩn nitrat hóa có thể sinh sôi. Trong hệ thống hỗn hợp nước mưa và nước sạch khử clo đã được sử dụng để đạt được độ pH từ 7 - 7,4. Sau đó, chỉ nước khử clo mới được sử dụng để bổ sung lượng nước bị thất thoát.

Vận hành đúng cách để hệ thống Aquaponcs hoạt động tốt. Ảnh: Pining.

Do nghiên cứu được tiến hành ở Tây Ban Nha, hoạt động của cả hai MAS giống hệt nhau cho đến khi nhiệt độ nước bắt đầu giảm xuống dưới 20°C. Vào thời điểm đó, 2 chiến lược khác nhau đã được sử dụng:

a) Tại MAS1, nước được làm nóng bằng tấm pin năng lượng mặt trời kết hợp với hệ thống, để tránh nhiệt độ nước dưới 13oC.

b) MAS2 loại bể nuôi cá và đã trở thành một hệ thống trồng thủy canh với tổng thể tích là 180 L. Để cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho quá trình trồng rau thủy canh, một loại phân bón sinh học thu được từ một cơ sở phân trùn quế (lắp đặt bên cạnh nhà kính) đã được sử dụng.

Nguyên lý vận hành cơ bản của hệ thống Aquaponics. Ảnh: Makzine.

Trong quá trình thử nghiệm, độ pH được duy trì với các giá trị 6,45 ± 0,47 (MAS1) và 6,62 ± 0,51 (MAS2), cho rằng với các giá trị dưới 6, quá trình nitrat hóa của vi khuẩn giảm đáng kể và Canxi hydroxit được sử dụng để tăng độ pH khi nó giảm xuống dưới 6. Và khi độ pH tăng từ 6,8-7 lên 7,5 thì axit clohydric đã được thêm vào để hạ thấp nó xuống mức trước đó.

Bộ dụng cụ kiểm tra nước đơn giản và rẻ tiền sử dụng phương pháp so màu được sử dụng để đo các thông số hóa học của nước (test NO₃ của SERA, test O₂ và QP pH/clo TETRA).

Hệ thống aquaponics quy mô nhỏ cho hộ gia đình trong nghiên cứu. Cả hai hệ thống aquaponics quy mô nhỏ đều có tổng sản lượng hàng năm trên mỗi diện tích trồng trọt: lần lượt là 38,96 và 38,31 kg/m2 đối với MAS1 và MAS2.

Tổng sản lượng cá rô phi là 33,5 kg ở MAS1 và 29,28 kg ở MAS2. Trọng lượng trung bình mỗi con cá thu hoạch là 317 g đối với MAS1 và 302 g đối với MAS2.

Tổng sản lượng (cá rô phi và rau) trong giai đoạn nghiên cứu là khoảng 211 kg ở MAS1 và 204 kg ở MAS2, sử dụng diện tích canh tác tối đa 4,56m².

Bao gồm cả hành lang và khu vực dành riêng cho bể lắng và các thiết bị khác, bề mặt được xem xét cho mỗi hệ thống aquaponic là 16m². Trong nghiên cứu này, tổng sản lượng (kết hợp cả hai MAS) là 415 kg trong một nhà kính 45m². Tuy nhiên, kết quả có thể khác nhau với những vùng có khí hậu, loại hệ thống và loài khác nhau.