AQUAPONICS-JÄRJESTELMÄ .1 Järjestelmän kuvaus

Tämän tutkielman kasvatuskokeet suoritettiin Itä-Suomen yliopiston Ympäristö- ja biotieteiden laitoksen Snellmania-rakennuksen kasvatuskammioissa. Aquaponics-järjestelmiä oli yhteensä kuusi ja niistä jokaiseen kuului kasvipeti, kala-allas, pyörreselkeytin, biologinen suodatin, kaksi vesipumppua, kaksi ilmastinkiveä ja vesiletkua. Muut komponentit olivat kasvatuskammiossa (kuva 2) paitsi pyörreselkeytin, joka oli kammion ulkopuolella (kuva 3).

Kuva 2. Kasvatuskammiossa oli aquaponics-järjestelmän kasvipeti, kala-allas ja biologinen suodatin. Kala-altaassa ja biologisessa suodattimessa oli käytössä ilmastus.

Kuva 3. Kammion ulkopuolella oli aquaponics-järjestelmän pyörreselkeytin, josta vesi pumpattiin ylös biologiseen suodattimeen.

Kasvipetinä käytettiin muovista allasta, jonka pohjan pinta-ala oli 0,41 m². Kasvipedin keskellä oli lapposysteemi, jonka kautta vesi johdettiin kala-altaaseen kasvipedin täyttyessä vedellä tiettyyn korkeuteen. Lapon toimivuuden kanssa oli välillä ongelmia, joten järjestelmien lappojen toiminta oli ajoittain käsikäytön varassa. Kala-altaan tilavuus oli 80 litraa ja veden määrä vaihteli keskimäärin 60 ja 65 litran välillä. Jokaisen kala-altaan pohjalla oli pieni ilmastinkivi, jonka avulla vettä ilmastettiin riittävän happipitoisuuden varmistamiseksi. Kaikissa kala-altaissa oli myös vesipumppu (Eheim 600 l/h, nostokorkeus max 1 m), jolla saatiin vesi pyörimään altaissa, jotta kalat pystyivät uimaan vastavirtaan. Pyörreselkeytin oli lieriön mallinen ja sen alaosa oli sisältä suppilomainen. Mekaaninen kiintoaineksen poisto tapahtui pohjassa olevan letkun kautta.

Pyörreselkeyttimen kokonaistilavuus oli noin 30 litraa ja veden määrä selkeyttimessä oli noin 24 litraa. Eheim (600 l/h, nostokorkeus max 1,3 m) akvaariopumppu pumppasi selkeyttimestä vettä ylös vanerista rakennettuun biologiseen suodattimeen. Veden nostokorkeus oli 1 metri ja veden

virtausnopeus systeemeissä oli 120–240 l/h. Biologisen suodattimen kokonaistilavuus oli noin 140 litraa, josta suodatinmateriaalilla ja vedellä täyttyi noin 120 litraa. Suodatinmateriaalina käytettiin polypropyleeni sorvilastua, jota oli noin 50 g/l eli noin 6 kg jokaisessa suodattimessa. Biologisessa suodattimessa oli neljä lokeroa ja vesi pumpattiin sen yläosaan lokeroon nro 1, jonka pohjalta vesi kulki lokeroon nro 2, josta vesi taas virtasi yläkautta lokeroon nro 3 ja siitä taas pohjalta lokeroon nro 4. Lokeroiden 1 ja 2 pohjalla oli halkaisijaltaan 22 cm kokoinen litteä ilmastinkivi, jolla hapetettiin vettä. Viimeisestä lokerosta (nro 4) vesi virtasi lokeron yläosaan kiinnitetyn letkun kautta kasvipetiin. Suodatinmateriaalin sekaan lisättiin kalkkikivisäkit (tilavuus 1 litra) kokeen alussa. Yhden järjestelmän vesimäärä oli yhteensä noin 180–200 litraa. Järjestelmän läpinäkyvät letkut päällystettiin foliolla ja biosuodatin peitettiin vanerilla levien kasvun ehkäisemiseksi.

4.1.2 Koeasetelma

Kokeen alussa oli noin kahden viikon pituinen käynnistysvaihe (päivät 0–15), jonka aikana järjestelmiin pyrittiin muodostamaan riittävät nitrifikaatiobakteerikannat. Varsinainen koe suoritettiin päivinä 16–66. Kasvatuskammioista kolmessa kasvatettiin nokkosta eli isonokkosta (Urtica dioica) ja kolmessa kasvatettiin mizunaa eli japaninkaalia (Brassica rapa var. japonica).

Nokkosia esikasvatettiin juurruttamalla pistokkaita lannoitevedessä noin kahden viikon ajan, jonka jälkeen ne siirrettiin ruukkuihin suoraan lekasoraan kasvamaan. Nokkosten esikasvatusaika pistokkaiden leikkaamisesta kammioihin siirtämiseen oli 20 vuorokautta. Jokaiseen ruukkuun (0,9 l) laitettiin yksi pistokas ja kaikki ruukut merkittiin sattumanvaraisesti kammioittain kirjaimella A (kammio 4), B (kammio 5) tai C (kammio 6) ja numerolla 1–28 ennen kasvatuskammioihin siirtoa.

Jokaisen kammion kasvipedissä oli siis 28 ruukkua, joista jokaisessa oli yksi kasvi.

Mizunat kylvettiin turpeeseen (Kekkilän Puutarhaturve), esikasvatettiin erillisessä tilassa 22 °C lämpötilassa ja kasteltiin vedellä ja lannoiteliuoksella noin 1:1 suhteessa. Osa mizunan taimista kasvoi kylvämisestä asti suoraan pienissä kasvatusruukuissa (noin 0,15 l) ja osa koulittiin erillisestä isommasta astiasta kasvatusruukkuihin ennen kammioihin siirtoa. Jokaisessa kasvatusruukussa oli kaksi taimea ja taimet tuettiin puutikulla ja narulla, jotta varmistettiin taimien pystyssä pysyminen.

Ennen kasvatuskammioihin siirtoa kasvatusruukut laitettiin isompiin ruukkuihin (0,9 l) lekasoran keskelle ja kaikki ruukut merkittiin sattumanvaraisesti kammioittain kirjaimella D (kammio 1), E (kammio 2) tai F (kammio 3) ja numerolla 1–28. Jokaisen kammion kasvipedissä oli siis 28 ruukkua, joista jokaisessa oli kaksi kasvia. Ensimmäisten kammioissa kasvatettujen mizunoiden (28 kpl) esikasvatusaika oli noin kuukauden. Varsinaisen kokeen aikana kammioihin lisättyjen mizunoiden esikasvatusaika oli 11–13 vuorokautta.

Kaikissa kammioissa oli samanlaiset LED-valaisimet (Valoya Oy, B100-sarja, G2 ja NS1 – spektreillä varustetut valaisimet) ja valospektrin suhde G2:NS1 oli 50:50. Kammioissa oli täysi valaistus klo 6.00–18.00. Klo 18 jälkeen valaistus lähti laskemaan lineaarisesti siten, että klo 23.00 oli 0 % valaistus ja valot olivat pois päältä klo 1.00 asti, jonka jälkeen valaistus alkoi taas nousemaan lineaarisesti. Valon intensiteetti (PAR) oli kasvien korkeudella 150–250 µmol m^-2 s^-1 siten, että pienimpien kasvien ylälehtien korkeudella PAR oli noin 150 µmol m^-2 s^-1 ja isoimpien kasvien ylälehtien korkeudella PAR oli noin 250 µmol m^-2 s^-1. Ilman suhteellinen kosteus (RH) oli kammioissa 80 % klo 00.00–4.00, jonka jälkeen sitä laskettiin klo 10.00 asti. RH oli 54 % klo 10.00–18.00, jonka jälkeen sitä lähdettiin taas nostamaan 80 %:iin. Lämpötila oli kammioissa 14

℃ klo 00.00–3.00, jonka jälkeen sitä lähdettiin nostamaan klo 6.00 asti. Lämpötila oli 18 ℃ klo 6.00–18.00, jonka jälkeen sitä lähdettiin taas laskemaan 14 ℃:een.

Kontrolli-mizunoita esikasvatettiin samalla tavalla kuin kokeessa kasvatettuja mizunoita, jonka jälkeen ne siirrettiin isompiin ruukkuihin (0,9 l) turpeeseen (Kekkilän Puutarhaturve) kasvamaan.

Lämpötila oli yöllä 16 °C ja päivällä 19 °C. Valojen himmeneminen alkoi illalla klo 22.00, valot olivat yöllä pois päältä 4 tuntia klo 00.00–4.00 ja aamulla kirkastuminen tapahtui klo 4.00–6.00.

RH vaihteli 20–40 %, mutta oli pääsääntöisesti yli 30 %. Kastelu suoritettiin altakasteluna lannoiteliuoksella. Nokkosten ja mizunoiden esikasvatukseen ja kontrolli-mizunoiden kasvatukseen käytetty lannoiteliuos tehtiin itse lisäämällä 20 g Ferticare™ 7-9-32 (NPK 7-4-27) lannoitetta ja 5 g kalsiumnitraattia (Ca(NO3)2 25 litraan vettä.

Yksittäisen kammion olosuhteet (valo, kosteus, lämpötila, ilman liike) saattoivat olla hieman erilaiset eri puolilla kammiota, joten kasviruukkujen sijaintia kammion sisällä satunnaistettiin kokeen aikana, jotta kasvit saivat mahdollisimman samanlaiset kasvuolosuhteet. Kasvien sijaintia muutettiin jokaisessa kammiossa samalla kaavalla kahdesti viikossa tai mahdollisuuksien mukaan.

Osa siirroista jäi välistä, silloin kun kasvit olivat niin suuria, että ylimääräinen siirtely olisi vaurioittanut niitä. Yksi kasvien siirto jäi välistä viikko varsinaisen kokeen alun jälkeen (päivä 23) ja viimeinen siirto tehtiin kokeen 55 päivänä, jonka jälkeen kasveja siirretty, koska ne olivat niin suuria. Kasveja siirrettiin neljän ruukun ryhmissä myötäpäivään kasvipedissä. Jokainen yksittäinen ruukku kierrätettiin kasvipedin keskiosan ympäri siten, että ruukun sijainti vaihteli 7 eri pisteen välillä ja osa pisteistä oli kasvipedin reunoilla ja osa keskemmällä petiä.

Kasvien biomassamittaukset tehtiin taulukon 2 mukaan. Nokkosia esikasvatettiin ainoastaan ennen kokeen alkua, sillä ne kasvattivat aina samasta yksilöstä uudet silmut alasleikkauksen jälkeen.

Tämän takia poistettujen nokkosten tilalle ei tarvinnut lisätä uusia yksilöitä. Mizunoita lisättiin kammioihin aina sama määrä kuin mitä poistettiin, joten uusia yksilöitä esikasvatettiin koko kokeen ajan. Mizunoilta jätettiin yksi kasvien vaihto välistä päivänä 36 kasvien heikon kasvun vuoksi, minkä takia mizunoiden osalta ei ole 30 vrk kasvatuserää kokeen lopussa vaan 40 vrk kasvaneita kasveja on enemmän. Poistettavat kasvit valittiin sattumanvaraisesti arpomalla, siten että kasvit oli arvottu neljään ryhmään ja kerralla poistettiin aina yksi tai kaksi kasviryhmää.

Taulukko 2. Kasvien biomassamittaukset poistopäivän mukaan. Nokkosten ja mizunoiden kaikkien kasvatuserien kasvatusajat (vrk) ja suluissa poistettavien kasvien määrä (kpl, 1 ruukku = 1 kpl).

16 26 36 46 56 66 66 66 66

Nokkonen 12 (14) 22 (14) 20 (7) 30 (7) 30 (7) 10 (7) 20 (7) 30 (7) 40 (7) Mizuna 12 (14) 22 (14) − 30 (7) 40 (7) 10 (7) 20 (7) − 40 (14)

Kaikissa kammioissa kasvatettiin vaellussiikaa (Coregonus maraena). Kaloja lisättiin kokeen alussa (päivä 17) noin 500 grammaa (450–600 g) jokaiseen kala-altaaseen. Kokeen alkuvaiheen suuren kuolleisuuden takia kaloja jouduttiin lisäämään järjestelmään vielä kahdesti kokeen aikana (päivinä 23 ja 28), jotta kalamäärä pysyi lähellä puolta kiloa. Kalojen määrä tasattiin päivänä 37

siten, että kalamäärät olivat mizunakammioissa (kammiot 1–3) 210–250 grammaa ja nokkoskammioissa (kammiot 4–6) 450–620 grammaa. Kammioissa 2 ja 4 tapahtui kokeen aikana vuotoja, joiden seurauksena kalat menetettiin (kuvattu tarkemmin kappaleessa 4.2.3). Päivänä 52 kammioista 5 ja 6 poistettiin kaloja siten, että niihin jäävä kalamäärä oli noin 450 grammaa.

Kalojen koko lisättäessä järjestelmiin oli noin 20 grammaa (punnituserien keskiarvot olivat 16,6–

28,7 g).

4.2 JÄRJESTELMÄN SEURANTA, HOITO JA YLLÄPITO