Miten hiili saadaan kiertämään täydellisesti kalanviljelyn ja kasvien vesiviljelyn yhdistävässä kasvatusmenetelmässä? Sitä selvitetään nyt ensimmäistä kertaa Itä-Suomen yliopistossa.
Aquaponics-vesiviljelyssä kasvit käyttävät hyödyksi kalojen tuottamat ravinteet vedestä, jolloin ravinteita ei pääse ympäristöön. Menetelmä on ollut Suomessa ja maailmalla käytössä jo pitkään. Se on helposti skaalattavissa oman WC:n nurkasta teollisuushalleihin, kunhan vain kasveille löytyy riittävästi kasvupinta-alaa. Ruokaa voisi kasvattaa näin vaikkapa ravintoloissa ja hoitolaitoksissa.
Kiinnostus ”kasvitehtaaseen” onkin ollut vahvaa, mutta tämä kasvatustapa odottaa vieläkin läpimurtoaan Suomessa. Ongelmana on ollut oikean tasapainon hakeminen, sillä moni asia vaikuttaa ravinnetasapainoon vedessä, ja sen myötä kalojen ja kasvien kasvuun, sekä terveyteen.
—Olemme aiemmin tutkineet typen kiertoa kalojen ja kasvien yhteisessä kasvatuksessa. Nyt selvitämme ensimmäistä kertaa myös hiilen kiertoa, kertoo ympäristö- ja biotieteiden laitoksen tutkija Harri Kokko. Hän on tutkinut jo vuosia kasvien vertikaalikasvatusta kaupunkiympäristössä.
Itä-Suomen yliopistossa osaamista onkin erityisesti kasvialalla – erilaisissa kasveissa, niiden ravinnetarpeissa, kasvilajien yhteensovittamisessa ja kasvuolosuhteiden optimoinnissa. Erilaisten yhdisteiden kiertoa myös mallinnetaan isotooppitutkimuksessa.
— Täysin suljettu hiilen kierto on mahdollista saavuttaa, mikäli olosuhteet saadaan optimoitua.
— Meillä on tästä jo ajatus, kuinka kierto saadaan toimimaan, sanoo tutkimuspäällikkö Japo Jussila, jonka vastuualueena tutkimuksessa ovat kalat.
Uudella jatkuvatoimisella järjestelmällä dataa saadaan kuusi kertaa minuutissa. Tietokantaan kerätään tietoa muun muassa nitraattien ja ammoniakin määrästä ja suhteesta, veden lämpötilasta sekä happamuudesta. Kalat ovat vaellussiikoja, kasvit taas nokkosta ja basilikaa.
Akvaponisessa viljelykokeessa kaloille syötetään ravintoa, joka sisältää hiili-isotooppileiman. Sen avulla voidaan seurata hiilen kiertoa järjestelmässä.
Kalat syövät rehua, metaboloivat ja tekevät hiilidioksidia sekä typpiyhdisteitä, jotka siirtyvät biofiltteriin.
Biofiltterissä mikrobit muuttavat ravinteet kasveille sopiviksi ravinteiksi. Ne siirretään biofiltteristä kala-altaalle ja kasvipedille.
Kasvipedissä kasvien juuret ovat vedessä omassa altaassaan. Kasvit poistavat ravinteita ja yhdisteitä, tämä lisää myös kalojen viihtyvyyttä akvapoonisessä järjestelmässä. Näin saadaan koko vesiviljelysysteemi tasapainoon.
Yksinkertaisen kokonaiskierron avulla saadaan puhtaasti tuotettua kalaa ja kasviravintoa.
Miltä akvaponinen viljely näyttää? Katso video UEF Instagramista!
Yksi tärkeimmistä tutkittavista asioista on ammoniumtypen kierto.
Harri Kokko
Tutkija, ympäristö- ja biotieteiden laitos
Tasapainoisesti toimivaan järjestelmään vaikuttavat myös kalojen ja kasvien määrä, kalojen rehun sisältö ja syöttönopeus. Pelkistetyssä vesikasvatuksessa maabakteerit puuttuvat kokonaan. Hiilidioksidin lisäksi kasvatus tuottaa vesihöyryä ja orgaanisia yhdisteitä.
— Hiilen kierto jatkuu, kun kalojen uloshengittämä hiilidioksidi kulkeutuu kasveihin ja mikrobeihin. Tätäkin voidaan mallintaa jatkossa, Jussila lisää.
Jo nyt on nähtävissä, että kasvit poistavat vedestä hyvin tehokkaasti fosforia ja tuottavat paljon lehtibiomassaa.
—Typpeä jää kuitenkin enemmän kiertämään järjestelmään, mutta tähän on mahdollista vaikuttaa kasvivalinnoilla, sanovat tutkijat.
— Seuraavaksi on suunnitelmissa monimutkaisempi järjestelmä, jossa kasvatusta voidaan hienosäätää vielä enemmän.
Ympäristötieteen opiskelija ja tutkimusavustaja Sanni Sembergin gradutyön aiheena on hiilen kierto aquaponics-järjestelmässä. Tavoitteena on selvittää kalojen tuottaman hiilen kulkeutumista kasveille hiilen isotooppien avulla. Samalla Semberg tutkii voivatko jotkin kasvit hyödyntää veteen liuennutta epäorgaanista hiiltä juurillaan suoraan vedestä.
—Olen painottanut opinnoissani vesipuolen asioita, ja gradupaikkaa etsiessä Harri mainitsi tällaisesta mahdollisuudesta, josta sitten kiinnostuin. On mielenkiintoista nähdä, ottavatko kasvit hiiltä juurillaan vedestä, koska tutkimukset joita olen lukenut aiheesta, ovat saaneet vaihtelevia tuloksia, Semberg miettii.
— Tarkempia suunnitelmia gradun jälkeen minulla ei vielä ole, katsotaan mihin tie vie. Aion kuitenkin jatkaa ympäristötieteen alalla.
Vesiviljelyn tutkimusympäristö on rakennettu EU:n investointirahoituksella, ja se on osa isoa vesiklusterihanketta.
UEF Water on Itä-Suomen yliopiston vesitutkimusyhteisö, jonka toiminnan tavoitteena on vesivarojen ja -ympäristön kestävä käyttö.