En hållbar framtida matproduktion är följaktligen inget man enbart åstadkommer med näringseffektiva och relativ slutna odlingssystem. Även om både recirkulerande hydroponik och akvaponik kan vara bidragande odlingssystem till att föda fler människor på planeten är de i dagsläget inte anpassade för framtiden. Om fyndigheterna av fosfor kan ta slut om 50 – 100 år (Cordell et al., 2009) behöver vi avsluta gruvbrytningen av fosfor och hushålla med det som redan är i systemet. Detta är också nödvändigt för att minska spridningen av toxiska tungmetaller och radioaktiva ämnen som sker vid brytningen och även följer med
fosfatgödseln. Det krävs också att vi minskar den industriella kvävefixeringen och i synnerhet den fossila förbränningen som driver den.
Som Francis et al (2003) beskriver utvecklingen av ett hållbart jordbruk kan även
recirkulerande hydroponik och akvaponik bli betydligt mer hållbart om vi efterliknar naturliga ekosystem med goda möjligheter att sluta näringskretslopp. Naturliga ekosystem har
välfungerande kretslopp dels mellan alla organismer men även med deras abiotiska (icke levande) miljö. Kretsloppen har ett effektivt utnyttjande av resurser då avfall och dött material från ett system, abiotiskt eller biotiskt (levande), blir en tillgång för ett annat. Genom ett sådant resursnyttjandet skapar ekosystemen cykler där mycket lite går till spillo (Gliessman, 2015).
För akvaponik skulle man likt pilotanläggningen Stadsjord kunna utnyttja restavfallet från ett annat system, exempelvis bageri, bryggeri eller mataffär och använda det till att utfodra larver, som i sin tur blir mat och källa för kväve och fosfor till fiskarna och växterna. Jämförande studier med olika fiskfoder har visat att liknande fisktillväxt som uppnås med kommersiellt fiskfoder kan uppnås med vattenväxtbaserade foder om man tillsätter solrosolja eller utfodrar fiskarna med insekter, maskar och kräftdjur (Steffens, 2016). Eftersom man ofta odlar med omnivora fiskarter som karp och tilapia, vars naturliga föda består av insekter, maskar och vattenväxter (Steffens, 2016), vore en sådan möjlighet intressant att utveckla. Att
30
samodla med kvävefixerande baljväxter skulle vara ytterligare en möjlighet då växtavfallet i odlingen kunde utnyttjas till att utfodra fiskarna med eftersom de är omnivora och kan tillgodogöra sig näringsämnena i vegetabilier.
En ytterligare förbättringsåtgärd skulle vara att återföra den fosfor som finns i slammet. Det skulle vara teoretiskt möjligt att genom rötning frigöra fosfor i slammet och återföra den i direkt växttillgänglig vattenlöslig form (Goddek et al., 2015).
I recirkulerande hydroponik skulle en möjlighet för ett hållbarare näringsutnyttjande vara att växtodlingen integrerades med diverse bakterier och arkéer som sköter kväve- transformationen och fosformineraliseringen så att organiska ämnen som exempelvis urea kunde utnyttjas. Vetenskapliga studier av hydroponik där man integrerat växtodlingen med bakterier har redan gjorts, men enbart i syftet att mikrobiellt rena lakvattnet från
ackumulerade metaller, näringsämnen och salinitet (Hultberg et al., 2013; Lee & Lee, 2015). Recirkulerande hydroponik och akvaponik behöver således flera förbättringar innan de kan vara framtidsstrategier för en hållbar och samtidigt högeffektiv matproduktion. Om de globala skördarna behöver fördubblas inom en generation krävs att vi utvecklar odlingssystem som respekterar planetens gränser. Vi behöver genom ett tvärvetenskapligt angreppsätt ta oss an ett bredare perspektiv än enbart produktionsaspekter och ställa oss följande frågor:
1. Från vilken källa hämtas kväve och fosfor?
2. Hur mycket kväve och fosfor tillförs i odlingssystemet?
3. Vad sker med kväve och fosfor i odlingssystemet? Uppstår förluster eller deponier?
4. Hur mycket kväve och fosfor får vi ut och vart tar resterna vägen?
31
10 Slutsats
Ett ungefärligt mått på effektiviteten i akvaponik jämfört mot statistik från svenskt jordbruk (hela jordbrukssektorn) visar att odlingssystemet är något effektivare på att utnyttja kväve (42 % mot respektive 39 %) men sämre på att utnyttja fosfor (73 % mot respektive 85 %).
Ett medelvärde för den potentiella effektiviteten i recirkulerande hydroponik visar att 54 % kväve utnyttjas medan underlag för att beräkna fosforeffektivitet helt saknas. Det finns väldigt få vetenskapliga studier där man mäter just detta. Odlare samt forskare som är
verksamma på området hydroponik uppger att all näring som tillförs i princip ska återfinnas i växterna. Intresset för flödet av kväve och fosfor är således bristande och kunskapen om förhållandet mellan tillfört kväve och fosfor och upptag i växt är egentligen antaganden.
Källan till kväve och fosfor i recirkulerande hydroponik är närsalter vars framställning är beroende av industriell och energiintensiv kvävefixering samt gruvbrytning av en ändlig naturresurs. Båda framställningsprocesserna är huvudorsaker till att det biokemiska flödet av kväve och fosfor sedan länge har passerat de säkra zonerna och nu riskerar att äventyra möjligheterna för mänsklig utveckling.
Källan till kväve och fosfor i akvaponik är ofta kommersiellt fiskfoder som till stora delar också är beroende av industriell kvävefixering och gruvbrytning men även ansvarar för förluster av artrikedom och förstörelse av landekosystem likväl som havsekosystem.
Om den globala matproduktionen inom bara en generation måste fördubblas bör det ske utan att äventyra kommande generationer. Detta kräver inte enbart effektiviseringar i
odlingssystem utan även ett hushållande med resurserna kväve och fosfor, samt en adressering av dess källor och problem.
32
Referenser
Ahlgren S & Hansson PA 2010 Jordbruk utan fossil energi. I: Johansson B, red. Jordbruk som håller i längden. Stockholm: Forskningsrådet Formas, 201–210.
Avadí A, Fréon P & Tam J 2014 Coupled Ecosystem/Supply Chain Modelling of Fish
Products from Sea to Shelf: The Peruvian Anchoveta Case. PLoS One.
Barbosa G, Gadelha F, Kublik N, Proctor A, Reichelm L, Weissinger E, Wohlleb G & Halden R 2015. Comparison of land, water, and energy requirements of lettuce grown using
hydroponic vs. conventional agricultural methods. International Journal of Environmental
Research and Public Health 12: 6879 - 6891.
Bhattarai SP, Pendergast L & Midmore DJ 2006 Root aeration improves yield
performance and water use efficiency of tomato in heavy clay and saline soils. Science
Horticulturae 108: 278 – 288.
Bittsanszky A, Uzinger N, Gyulai G, Mathis A, Junge R, Villarroel M, Kotzen B & Komives T 2016 Nutrient supply of plants in aquaponic systems. Ecocycles 2: 17-20.
Bouwman AF, Beusen AHW & Billen G 2009 Human alteration of the global nitrogen and
phosphorus soil balances for the period 1970 – 2050. Global Biogeochemical Cycles23:
GB0A04.
Buzby KM & Lin LS 2014 Scaling aquaponic systems: balancing plant uptake with fish
output. Aquaculture Engineering 63: 39 – 44.
Båth B 2008 Växtnäringsstyrning i ekologisk odling i växthus. Jönköping: Jordbruksverket.
Dahlström J, Eskilsson K, Gredegård S, Molander C & Wejdemar K 2011
33
Cederberg C 2010 Djurproduktion utan fotfäste. I: Johansson B, red. Jordbruk som håller i längden. Stockholm: Forskningsrådet Formas, 35–52.
Cerozi BS & Fitzsimmons K 2017 Phosphorus dynamics modeling and mass balance in an
aquaponics system. Agricultural Systems 153: 94–100.
Christensen I, Hansson T & Svensson SE 2010 Gödsling i slutet odlingssystem i växthus. Rapportserie 2010:15. Alnarp: Sveriges lantbruksuniversitet.
Cordell D, Drangert JO & White S 2009 The story of phosphorus: Global food security and
food for thought. Global Environmental Change 19: 292–305.
Delaide B, Delhaye G, Dermience M, Gott J, Soyeurt H & Jijakli MH 2017 Plant and fish
production performance, nutrient mass balances, energy and water use of the PAFF Box, a small-scale aquaponic system. Aquacultural Engineering 78: 130-139.
Fang Y, Hu Z, Zou Y, Zhang J, Zhu Z, Zhang, J & Nie L 2017 Improving nitrogen
utilization efficiency of aquaponics by introducing algal-bacterial consortia. Bioresource
Technology 245: 358 – 364.
Fields S 2004 Nitrogen: Cycling out of control.Environmental Health Perspectives 112: 556-
563.
Forchino AA, Lourguioui H, Brigolin D & Pastres R 2017 Aquaponics and sustainability:
The comparison of two different aquaponic techniques using the life cycle assessment (LCA).
Aquaculture Engineering 77: 80-8.
Francis C, Lieblein G, Gliessman S, Breland TA, Creamer N, Harwood R & Poincelot R 2003 Agroecology: The Ecology of Food Systems. Journal of Sustainable Agriculture 22: 99-
34
Fréon P, Sueiro JC, Iriarte F, Evar OFM, Landa Y, Mittaine JF & Bouchon M 2014
Harvesting for food versus feed: a review of Peruvian fisheries in a global context. Reviews in
Fish Biology and Fisheries 24: 381-398.
Fry JP, Love DC, MacDonald GK, West PC, Engström PM, Nachman KE & Lawrence RS 2016 Environmental health impacts of feeding crops to farmed fish. Environment
International 91: 201–14.
Galloway JN 1998 The global nitrogen cycle: changes and consequences. Environmental Pollution 102: 15-24.
Galloway JN, Dentener FJ, Capone DG, Boyer EW, Howarth RW, Seitzinger SP, Asner GP, Cleveland CC, Green PA, Holland EA, Karl DM, Michaels AF, Porter JH,
Townsend AR & Vörösmarty CJ 2004 Nitrogen cycles: past, present, and future. Biogeochemistry 70: 153–226.
Gliessman SR 2015 Agroecology: The Ecology of Sustainable Food Systems. Boca Raton:
CRC Press.
Goddek S, Delaide B, Mankasingh U, Ragnarsdottir KV, Jijakli MH & Thorarinsdottir R 2015 Challenges of sustainable and commercial aquaponics. Sustainability 7:4: 4199–4224.
Grewal HS, Maheshwari B & Parks SE 2010 Water and nutrient use efficiency of a low-
cost hydroponic greenhouse for a cucumber crop: An Australian case study. Agricultural
Water Management 98: 841–846.
Grönska stadsodling 2018 Våra odlingssystem. [WWW dokument] URL
35
Hansson T & Johansson AK 2007 Varför återanvändning av näringsrikt spillvatten? I:
Sandin H, red. Goda exempel på rening av returvatten från odling av grönsaker och
prydnadsväxter i växthus. Jönköping: Jordbruksverket.
Henriksson M, Stenberg M & Berglund M 2015 Lustgas från jordbruksmark. Konkreta råd för att minska lustgasavgången på gårdsnivå. Halland: Hushållningssällskapet: 1–56.
Hosseinzadeh S. Verheust Y, Bonarrigo G, Van Hulle S 2017 Closed hydroponic systems:
operational parameters, root exudates occurrence and related water treatment.
Reviews in Environmental Science and Biotechnology16: 59–79.
Hultberg M, Carlsson AS & Gustafsson S 2013 Treatment of drainage solution from
hydroponic greenhouse production with microalgae. Bioresource Technology 136: 401–406.
Hu Z, Lee JW, Chandran K, Kim S, Brotto AC, Khanal SK 2015 Effect of plant species
on nitrogen recovery in aquaponics. Bioresource Technology 188:92–98.
Jones JB jr. 1982 Hydroponics: Its history and use in plant nutrition studies. Journal of Plant Nutrition 5: 1003 – 1030.
Jordbruksverket, 2017 Växtnäring och bevattning av grönsaker i växthus. [WWW
dokument] URL
http://www.jordbruksverket.se/amnesomraden/odling/tradgardsodling/gronsakerivaxthus/vaxt vaxtnaringochbevatt.4.32b12c7f12940112a7c800035983.html. [hämtad 2 maj 2018]
Kumar RR & Cho JY 2014 Reuse of hydroponic waste solution. Environmental Science Pollution Research 21: 9569–9577.
Lam ME 2016 The ethics and sustainability of capture fisheries and aquaculture. Journal Of Agricultural And Environmental Ethics 29: 35-65.
36
Lee S & Lee J 20015 Beneficial bacteria and funghi in hydroponics systems: Typers and
characteristics of hydropnic food production methods. Scientia Horticulturae 195: 206 – 215.
Lennard WA & Leonard BV 2006 A comparison of three different hydroponic sub-systems
(gravel bed, floating and nutrient film technique) in an Aquaponic test system. Aquaculture
International 14: 539 – 50.
Love DC, Fry JP, Li X, Hill ES, Genello L, Semmens K & Thompson RE 2015
Commercial aquaponics production and profitability: findings from an international survey.
Aquaculture 435: 67–74.
Massa D, Incrocci L, Maggini R, Bibbiani C, Carmassi G, Malorgio F & Pardossi A 2011 Simulation of crop water and mineral relations in greenhouse soilless culture. Environmental Modelling & Software 26: 711–722.
Mengel K & Kirkby EA 1987 Principles of plant nutrition. 4th ed. Switzerland: International Potash Institute, 1–687.
Nationalencyklopedin a, u.å. Ammoniak. [WWW dokument] URL
http://www.ne.se/uppslagsverk/encyklopedi/lång/ammoniak [hämtad 6 maj]
Nationalencyklopedin b, u.å. Urinämnescykeln. [WWW dokument] URL
https://www-ne-se.db.ub.oru.se/uppslagsverk/encyklopedin/lång/urinämnescykeln. [hämtad 18 april]
Nationalencyklopedin c, u.å. Fosfor. [WWW dokument] URL
https://www-ne-se.db.ub.oru.se/uppslagsverk/encyklopedi/l%C3%A5ng/fosfor [hämtad 24 april]
Naturvårdsverket 2013 Hållbar återföring av fosfor: Naturvårdsverkets redovisning av ett
37
Naturskyddsföreningen 2017 Friska hav är en livsviktig fråga. [WWW dokument] URL
http://www.naturskyddsforeningen.se/nyheter/friska-hav-ar-en-livsviktig-fraga [hämtad 19 maj 2018]
Naylor RL, Goldburg RJ, Primavera JH, Kautsky N, Beveridge MCM, Clay J, Folke C, Lubchenco J, Mooney H & Troell M 2000 Effect of aquaculture on world fish supplies. Nature 405: 1017-1024.
Näsholm T, Ekblad A, Nordin A, Giesler R, Högberg M & Högberg P 1998 Boreal forest
plants take up organic nitrogen. Nature 392: 914 - 916.
Pretty J & Bharucha ZP 2014 Sustainable intensification in agricultural systems. Annals of Botany 114: 1571–1596.
Rockström J, Steffen W, Noone K, Persson Å, Chapin FS, Lambin E, Lenton TM, Scheffer M, Folke C, Schellnhuber H, Nykvist B, De Wit CA, Hughes T, van der Leeuw S, Rodhe H, Sörlin S, Snyder PK, Costanza R, Svedin U, Falkenmark M, Karlberg L, Corell RW, Fabry VJ, Hansen J, Walker B, Liverman D, Richardson K, Crutzen P & Foley J 2009 Planetary boundaries:exploring the safe operating space for humanity. Ecology and Society 14: 32.
Rockström J 2010 Planetens gränser kräver ny grön revolution. I: Johansson B, red. Jordbruk som håller i längden. Stockholm: Forskningsrådet Formas, 353–366.
SCB, Jordbruksverket, Naturvårdsverket & LRF 2012 Hållbarhet i svenskt jordbruk.
SCB 2015 Kväve- och fosforbalanser för jordbruksmark och jordbrukssektor 2013. MI 40 SM
1501.
http://www.scb.se/hitta-statistik/statistik-efter-amne/miljo/godselmedel-och-kalk/kvave-och- fosforbalanser-for-jordbruksmark-och-jordbrukssektor/
38
Seawright DE, Stickney RR & Walker RB 1998 Nutrient dynamics in integrated
aquaculture–hydroponics systems. Aquaculture 160: 215 – 237.
Sistek H 2017 Dagstidningen ETC Göteborg. [WWW dokument] URL
https://goteborg.etc.se/inrikes/i-ett-hus-i-gamlestaden-vaxer-fiskarna-fram. [hämtad 12 april 2018]
Stadsjord 2018 Aquaponics Slakthuset. [WWW dokument] URL
http://stadsjord.se/portfolio/kvartersodlat-slakthuset/. [hämtad 12 april 2018]
Steffen W, Richardson K, Rockström J, Cornell SE, Fetzer I, Bennett EM, Biggs R, Carpenter SR, de Vries W, de Wit CA, Folke C, Gerten D, Heinke J, Mace GM, Persson LM, Ramanathan V, Reyers B & Sörlin S 2015 Planetary boundaries: Guiding human
development on a changing planet. Science 347: 736-747.
Steffens W 2016 Aquaculture produces wholesome food: cultured fish as a valuable source of
n-3 fatty acids. Aquaculture International 24: 787-802.
Suhl J, Dannehl D, Kloas W, Baganz D, Jobs S, Scheibe G & Schmidt U 2016 Advanced
aquaponics: Evaluation of intensive tomato production inaquaponics vs. conventional hydroponics. Agricultural Water Management 178: 335–344.
Treftz C & Omaye ST 2016 Hydroponics: potential for augmenting sustainable
foodproduction in non-arable regions. Nutrition & Food Science 46: 672-684.
Turcios AE & Papenbrock J 2014 Sustainable Treatment of Aquaculture Effluents - What
Can We Learn from the Past for the Future? Sustainability 6: 836-856.
UNDP 2015 Globala målen. [WWW dokument] URL
39
UN 2017 World Population Prospects: The 2017 Revision, Key Findings and Advance
Tables. United Nations Department of Economic and Social Affairs/Population Division: New York.
Wongkiew S, Hu Z, Chandran K, Woo Lee J & Khanala SK 2017 Nitrogen
transformations in aquaponic systems: A review. Agricultural Engineering 76: 9-19.
WWF 2015 Skogsomvandling. [WWW dokument] URL
http://www.wwf.se/wwfs-arbete/skog/problem/skogsomvandling/1130656-skogsomvandling [hämtad 19 maj 2018]
Xia S, Deng R, Zhang Z, Liu C & Shi G 2016 Variations in the accumulation and
translocation of cadmium among pak choi cultivars as related to root morphology.
Environmental Science Pollution Research 23: 9832 - 9842.
Yildiz HY, Robaina L, Pirhonen J, Mente E, Dominguez D & Parisi G 2017 Fish welfare
in aquaponic systems: its relation to water quality with an emphasis on feed and faeces - A Review. Water 9:13.
Zou Y, Hu Z, Zhang J, Xie H, Liang S, Wang J & Yan R 2016a Attempts to improve
nitrogen utilization efficiency of aquaponics through nitrifies addition and filler gradation.
Environmental Science and Pollution Research 23: 6671–6679.
Zou Y, Hu Z, Zhang J, Xie H, Guimbaud C & Fang Y 2016b Effects of pH on nitrogen
transformations in media-based aquaponics.Bioresource Technology 210: 81–87.
Zou Y, Hu Z, Zhang J, Fang Y, Li M & Zhang J 2017 Mitigation of N2O Emission from
Aquaponics by Optimizing the Nitrogen Transformation Process: Aeration Management and Exogenous Carbon (PLA) Addition. Journal of Agriculture and Food Chemistry 65: 8806– 8812.
40
Figurer
Steffen W, Richardson K, Rockström J, Cornell SE, Fetzer I, Bennett EM, Biggs R, Carpenter SR, de Vries W, de Wit CA, Folke C, Gerten D, Heinke J, Mace GM, Persson LM, Ramanathan V, Reyers B & Sörlin S 2015 Planetary boundaries: Guiding human
development on a changing planet. Science 347: 736-747. Tryckt med tillstånd från AAAS (American Association For The Advancement of Science).
Wongkiew S, Hu Z, Chandran K, Woo Lee J & Khanala SK 2017 Nitrogen