A pH problematikája az akvapóniában

 

A klasszikus akvapónia egy fenntartható és erőforrás-hatékony termelési rendszer, melyben egyszerűen megfogalmazva a halas rendszer (Recirculated Aquaculture System - RAS) tápanyagdús vize egy talajnélküli integrált növénytermesztő egységen átáramolva megtisztul, miközben tápanyagot szolgáltat a növények számára. Nagyszerűsége az egyszerűségében rejlik. Az akvapónia környezetbarát mivolta elvitathatatlan, mégis jelentős hátrányokkal rendelkezik egy professzionális RAS vagy hidropóniás rendszerrel szemben hatékonyságát tekintve. A klasszikus (coupled vagy single-loop) rendszerekben, ahogy az angol elnevezés is mutatja egy körforgást találunk. A haltartály vize direkt módon egy szivattyú segítségével a növénynevelő tálcába kerül. Itt történik meg a víz szűrése és a nitrifikáció, vagyis az ültetőközeg szolgál biofilterként. Ez a rendszer ugyanazt a vízminőséget biztosítja a halak és a növények számára, mely azonban kompromisszumokra készteti a felhasználót. A fő probléma abból adódik, hogy a halak és a növények nem ugyanazt a vízminőséget igénylik. A víz kémhatása egy nagyon fontos tényező, mert nem csak növények és a halak, hanem a nitrifikáló baktériumok tevékenységéhez más-más pH érték szükséges. A rendszer alapja és mozgatórugója a nitrogén-ciklus. Ez a halak által kopoltyún keresztül kiválasztott disszociált ammóniával (NH₄⁺) kezdődik, mely a fehérje metabolizmus terméke. Ebből disszociálatlan ammónia (NH₃) keletkezik, mely erős idegméreg. Analitikai módszerekkel csak az NH₃ és az NH₄⁺-ion összege mérhető. A halak számára mérgező NH₃ százalékos aránya a mért összes ammónián belül elsősorban a víz pH-értékének, másodsorban a vízhőmérsékletnek a figyelembe vételével számítható. Egyszerűsítve, minél magasabb a víz pH értéke, annál nagyobb az NH₃ aránya az összes ammónián belül. Az ammónia minél gyorsabb „eltávolítása” miatt van szükség biofilter (az akvapóniában maga az ültetőközeg) alkalmazására, melyen a nitrifikáló baktériumok oxidálják az ammóniát nitritté (Nitrosomonas), majd egy második körben oxidálják a nitritet nitráttá (Nitrobacter). Valahogy így:

Nitrosomonas

55 NH₄⁺+ 76 O₂ + 109 HCO₃- → C₅H₇O₂N + 54 NO₂^-+ 57 H₂O + 104 H₂CO₃

 

Nitrobacter

400NO₂^- + NH₄⁺ +4H₂CO₃ +HCO₃- +195 O₂ → C₅H₇O₂N +3H₂O +400 NO₃^-

 A nitrát nem toxikus a halak számára, a növényeknek pedig hasznosítható tápanyag. Ahhoz, hogy ez az egyszerűen felvázolt folyamat optimálisan működjön, 7,3 és 8,0 közötti pH-ra van szükség. Az alábbi sztöchimetrikus egyenleten azonban jól látszik, hogy az ammónia oxidációja során protonvesztés lép fel.

NH ₄⁺+ 1.5 O₂ → 2H⁺+ H₂O + NO₂

 

NO₂^- + 0.5O₂ → NO₃

 Ez azonban savas irányba tolja a kémhatást, ha nincs elég kalcium a rendszerben. Az intenzív és tógazdasági haltermelők is meszet használnak valamilyen formában (legtöbbször mész-hidrát), hogy stabilizálják a víz pH-ját (karbonát-puffer), mely így általában a 8,0 – 8,4 érték körül stabilizálódik. A halak légzése során keletkező CO₂ szintén csökkenti a kémhatást, mivel a vízben oldott CO₂ szénsav formájában (H₂CO₃) a vízben oldhatatlan mészkővel (CaCO₃) kálcium-hidrokarbonátot (Ca(HCO₃)₂) képez. A vízben szénsav és a kálcium-hidrokarbonát jó pufferhatást kölcsönöz a víznek, vagyis a pH napi ingadozását korlátok között tartja. Ennek azonban az élővizekben van kimondott jelentősége, mivel ott a vízinövények szén-dioxid felvétele jelentős mértékben képes emelni a víz pH-ját, ha nincs kellő mennyiségű mész a rendszerben. Az akvapóniában termesztett növények főként a légköri szén-dioxidot hasznosítják, ezért napi pH ingadozás nem jelentős. 

A halak fajtól függetlenül viszonylag tág intervallumban toleránsak a pH-ra. Összességében a 6,5 – 8,5 közötti tartomány megfelel számukra. Érzékenyek azonban a pH hirtelen változására, amennyiben már akár 0,3 értékkel változik a kémhatás bármely irányba pár órán belül, az komoly stressz a halak számára. 

A növények számára az optimális kémhatás az enyhén savas régióban van. Ennek fő oka, hogy a legtöbb tápanyag az 5,5 és 6,5 közötti tartományban felvehető számukra. A hidropóniás rendszerek tápoldatos vizét ennek érdekében savanyítják, pl. salétromsav adagolásával.

A makro- és mikroelemek együttes ellátása szempontjából a semlegeshez közel álló, enyhén savas pH-értékek tekinthetők optimálisnak. A mikroelemek vegyületei – a molibdén kivételével – savanyú közegben oldódnak legnagyobb mértékben. Erősen savanyú közegben a mikroelemek (pl. Mn) toxikus felhalmozódása következhet be. Lúgos közegben a tápelemek többsége rosszul oldódik.

Általánosságban elmondható, hogy a legtöbb tápanyag 5–7 pH érték között tartható oldatban. Ha a pH 5 alá süllyed, akkor elsősorban a kationtartalom felvétele lesz gátolt, viszont 7 pH felett az anionok felvétele nehézkes. A növények számára amúgy is magas (7 feletti) pH növeli még a kicsapódás mértékét is.

Tápanyagok felvehetősége a pH függvényében (www.emporiumhydroponics.com)

Növény	pH	Optimális hőmérséklet
Bazsalikom	5,5 - 6,0	20 - 25 °C
Karfiol	6,0 - 6,5	21 - 25 °C (fejképzés 10 -15 °C)
Saláta	5,8 - 6,2	15 - 22 °C
Uborka	5,5 - 7,0	20 - 28 °C
Padlizsán	5,5 - 7,0	22 - 26 °C
Paprika	5,5 -6,5	22 - 30 °C
Paradicsom	5,5 -6,6	22 - 26 °C
Bab, borsó	5,5 - 7,0	23 - 26 °C
Mángold	6,0 - 7,5	16 - 24 °C

A fent részletezettekből jól látszik, hogy milyen bonyolult dolog az akvapóniás rendszer megfelelő kémhatásának a beállítása. Ha a növények számára kedvező alacsony pH-t választjuk, csökken a nitrifikáció, és az esetleges mineralizáció is, így hiába lennének képesek felvenni a tápanyagot, ha azok nem alakulnak ki. És a halak számára sem a legoptimálisabb az alacsony pH. Ha a halak és a mikroorganizmusok számára enyhén lúgos kémhatást választjuk, akkor pedig hiába van tápanyag a rendszerben, a magas pH és  HCO₃^–  tartalom zavarja, illetve lehetetlenné teszi egyes tápanyagok felvételét a növények számára. A legtöbb akvapóniás termelő, legyen az hobbi vagy üzemi méretű, a relatív tápanyaghiánytól szenved, mert a víz pH-ja magas. A legtöbb akvapóniában ezért még a rövid tenyészidejű és nem túl tápanyagigényes növények is hiánytüneteket mutathatnak. Leggyakrabb a klorózis, mely alapvetően a vas és a magnézium hiányára vezethető vissza. Másik jelentős problémát a kálium hiánya okozza, ami például paradicsom és padlizsán termésfejlődéséhez elengedhetetlen.

Klorózis tünetei akvapóniában nevelt bab levelén (Varga Vid)

Megoldás lehet, ha a pH-t egy nagyon szűk sávban tartva igyekszünk kihasználni azt, hogy van egy minimális átfedés a növények, a halak és a nitrifikáló baktériumok számára optimális tartományok között. Ez egyrészt nagy odafigyelést és szakértelmet kíván, másrészt a növények számára nem a legmegfelelőbb, hiszen az általuk preferált tartomány felső határán van.

Optimális pH tartományok

Jól látható tehát, hogy egy ránézésre egyszerű és magától értetődő rendszer is, mint az akvapónia, részleteiben bonyolult lehet és nem egyszerű az elemeinek az optimális összehangolása annak érdekében, hogy maximális teljesítményt nyújtson. És a fentiekben csak egy abiotikus tényezőt tárgyaltunk. Ehhez jöhet még például a hőmérséklet vagy fény iránti eltérő igény a halak és a növények részéről. Amennyiben kis hobbi vagy oktatási célt szolgáló rendszerekről van szó, figyelmen kívül hagyhatjuk ezeket a problémákat, hiszen nem a maximális hozam, vagy a profit a cél, hanem rekreáció, tartalmas időtöltés, kis mennyiségű élelmiszer-előállítás saját célra, vagy állat és növénytermesztési folyamatok és biológiai ciklusok szemléltetése gyerekek/tanulók számára. 

Akvapónia vagy hagyományos kertészkedés? - Egy kísérlet előzetes eredményei

Időről időre felmerül a kérdés, vajon az akvapóniás vagy pedig a szabadföldi technológia megfelelőbb-e zöldségek és gyümölcsök termesztésére. Különböző szakmai fórumokon sok esetben parázs vita alakul ki a két tábor képviselői között. Alapvetően egyik módszerre sem mondhatjuk, hogy jobb, mint a másik. Mindegyiknek megvannak az előnyei és a hátrányai is. Csak, hogy párat említsünk: a talajban nevelt növényeket sokkal nagyobb számban támadják meg kórokozók és kártevők az akvapóniával szemben. Az akvapóniában termesztett növényeknél viszont többször figyelhető meg valamilyen hiánybetegség, mint a szabadföldieknél.

Annak érdekében, hogy több információ álljon rendelkezésre a két termesztési módszer közötti különbségekről, egy egyszerű kísérletet végeztünk/végzünk, melynek előzetes eredményeiből mutatok be párat.

2019 júniusában egy IBC tartályból kialakított kültéri akvapónia rendszerbe, illetve közvetlenül mellé a földbe paradicsom palántákat ültettünk. Mindkét csoportot azonos fénymennyiség ért és a szabadföldi növényeket a lehető legtöbbször öntöztük, hogy hasonlóan nedves talajállapotot teremtsünk, mint az akvapóniában.

Szeptember első hetében az akvapóniából és a talajból is eltávolítottunk egy átlagos teljes növényt. Megmértük a növények hosszát, a termések mennyiségét és súlyát, valamint egy rögtönzött íztesztet hajtottunk végre.

Az eltérően nevelt paradicsom növények között jelentős különbségek tapasztalhatók. Az akvapóniában nevelt növény hossza kétszerese a talajban neveltének. Sokkal dúsabb a gyökere és a levélzete is. A termésekben is nagy különbség adódott: míg az akvapóniás paradicsom terméseinek összsúlya 500 g, addig a szabadföldinek mindösszesen 80 g lett.

Akvapóniás (balra) és szabadföldi paradicsom (jobbra)

A növények fejlettségében adódott különbség valószínű magyarázata abban rejlik, hogy az akvapóniában folyamatos és bőséges víz állt rendelkezésre. Annak ellenére, hogy a szabadföldi paradicsomok naponta meg lettek öntözve, mégsem tudott kialakulni ugyanolyan folyamatos nedves állapot a talajban, mint az akvapónia termesztőközegében.

Termésmennyiség 

Termésminőség

Az eltérően nevelt növények leveleiben a méretet leszámítva semmilyen más különbséget nem lehetett kimutatni. Sem a szabadföldi, sem pedig az akvapóniás paradicsom levelén nem mutatkoztak hiánybetegség tünetei.

Akvapóniás (balra) és szabadföldi (jobbra) paradicsom levele

A gyümölcsök kóstolásánál a fő különbség, hogy az akvapóniás paradicsom lédúsabb, a szabadföldinek pedig markánsabb íze volt.

A kísérlet lezárultával még több és pontosabb információ áll majd rendelkezésre az eltérő módon termesztett növények tulajdonságairól. A megfelelő mintaszám, színmérés, laboratóriumi analízisek és professzionális panelteszt eredményeiből messzemenőbb és komplexebb következtetések vonhatók majd le.

Búzafű termesztése akvapóniában

A búzafű, illetve az abból készített lé az elmúlt években egyre nagyobb hangsúlyt kap a tudatosan és egészségesen táplálkozók körében. A nyugati világban az 1940-es években terjedt el, főképp Charles Schnabel kutatásainak eredményeképpen.

Egyesek szerint egyenesen csodaszer (méregtelenít és lúgosít), és tudományos kutatásokat is kimutatták antihiperglikémiás hatását patkányokon.

Ami bizonyos: jelentős mértékben tartalmaz antioxidánsokat, vitaminokat és ásványi anyagokat, ezért  a búzafűből préselt lé fogyasztása vélhetően pozitív hatással bír.

Másik jelentős terület a humán táplálkozás mellett az állati takarmányozás. Téli időszakban, mikor a mérsékelt és hideg égövön viszonylag kevés zöld táplálék található a természetben, egyes háziállatok számára jó lehetőség a búzafűvel való kiegészítő takarmányozás a vitaminok és ásványi anyagok pótlásának céljából. 1 kg búzából akár 6-8 kg lédús takarmány is előállítható baromfi, nyúl, sertés, juh, kecske és szarvasmarha számára is.

Az emberi fogyasztásra és az állati takarmányozásra előállított búzafű is hasonló technológiával készíthető el, fő különbség csak a volumenben van. Az emberi fogyasztásra szánt búzafüvet kisebb tálcákban, a takarmányozási célból előállítottat pedig akár több száz négyzetméteres felületű hidropóniás rendszerekben állítják elő. A lényeg, hogy a búzaszemeket vékony (takarmányozásnál vastagabb) rétegben elterítsük egy tálcán és megfelelő időközönként nedvesítsük. Túl sok tápanyag hozzáadására nincs szükség, mivel a búzafű megfelelő körülmények közt 8-10 nap alatt kellő méretűre növekszik és ezalatt legfőképp a magban található csíraanyagból fedezi a szükséges tápanyagokat. Ugyan vízben oldott tápanyagokra nincs kimondott szükség, kézenfekvő lehet búzafű akvapóniás termesztése is. A hidropóniához hasonlóan itt is megfelelő körülmények biztosítható a csírázás és hajtásnövekedés megindulásához az egész év folyamán és viszonylag kis helyen sok búzafű előállítható gyors rotációban akár emberi, akár állati fogyasztásra.

Az alábbi képeken egy egyszerű előkísérlet látható:

Búzaszemek elvetve a tálcákba (február 15.)

6 napos növénykék (február 21.)

Nem került túl sok mag a tálcákba, a következőkben a megfelelő sűrűség és a legjobb gyökeresedés biztosító szubsztrát kipróbálása történik.

Friss búzafű

Helyes meglátások a Szuperfarmon

Átfogó cikk jelent meg az OTP Agrár által üzemeltetett hírportálon, a szuperfarm.hu-n a hazai akvakultúra szektor fejlesztési lehetőségeiről, illetve azok irányairól.

A cikk szerzője szerint az egyik legnagyobb gond az ágazatban a a horizontális és vertikális integráció, valamint az innováció hiánya. Az elkényelmesedett haltermelőket jellemzően a rövidtávú profit megszerzése motiválja.

A kiugrási pontok és a lehetséges megoldások a megfelelő méretű intenzív haltermelő üzemek létesítése, a humántőke javítása, a megfelelő szakemberek képzése és a diverzifikáció.

Gondolatok a hazai halfogyasztásról

Időről-időre - de főleg Karácsony környékén - felmerül a téma a médiában a hazai halfogyasztási szokásokkal kapcsolatban.  Jelenleg kiemelt állami és szakmai cél a magyarok halfogyasztásának növelése, mely jelentősen elmarad az európai átlagtól.

1. ábra Európai országok halfogyasztási tendenciái (FAO 2007)

Az 1. ábrán jól látható, hogy a rendszerváltás óta, ha lassan is, de növekedett a hazai halfogyasztás. Az emelkedő tendencia ellenére azonban még mindig nagyon alacsony szinten van a halhús felhasználása a magyar háztartásokban az európai országokkal összehasonlítva. Az EU átlagpolgárainak éves halfogyasztásának mindössze a 20%-át teszi ki a hazai fogyasztás. A FAO (2007) tanulmánya szerint ez a mennyiség várhatóan nem is fog számottevő mértékben emelkedni a következő évtized folyamán.

Az elmúlt években tapasztalható hirtelen megnövekedett halfogyasztást is érdemes azonban fenntartással kezelni. Nem mindegy, hogy élőhalra, vagy pedig feldolgozott termékre vetítve számítjuk ki az elfogyasztott hal mennyiségét.

2. ábra A halfogyasztás alakulása 1990 és 2016 közötti időszakban Magyarországon (KSH)

A hazai gyakorlatban feldolgozott teremékre vetítve adták meg a fogyasztási értékeket, illetve egy átmeneti módszert is alkalmaztak, mely során a hazai halakat bruttó (élő), az import termékeket pedig nettó (termék) súllyal vették be a számításokba.  Az EU-ban általánosan használt módszer az élősúlyban való számolás. A hazai statisztikusok a csatlakozás után 10 évvel tértek át az EU-ban elfogadottan használt számítási módszerre. Ennek egy megmosolyogtató mozzanata, hogy 2013-ban az Agrárgazdasági Kutatóintézet (AKI) már az új módszert alkalmazva 5,13 kg/fő/évben adta meg a hazai halfogyasztást, addig a KSH adatsorában 3,7 kg/fő/év szerepel a régi számítási módszer miatt. A KSH honlapján az adatsorok közt böngészve kék csík hívja fel a figyelmet a módszertan megváltozásának a 2013 és 2014 év között, valamint megtalálható a számítás magyarázata is:

„A hal mennyiségét 2014-től élősúlyban, a nemzetközi számítási gyakorlatnak (Európai Unió, FAO) megfelelően közöljük. Az új módszertan szerint az egy főre jutó hal mennyisége a tógazdasági és a természetes vízi lehalászott mennyiséget is tartalmazza, beleértve a horgászfogást.” (www.ksh.hu))

Az idézet vége szintén érdekes kérdéseket vet fel. Elsőként: a természetes vízi halászat, mint olyan, a mai Magyarországon nem létező tevékenység. Másodsorban, ha a módszertan a horgászfogást is az elfogyasztott halmennyiséghez számítja, akkor egy jelentős mennyiségű hal kétszer szerepel az adatmennyiségben.  Az étkezési méretű hal egy része ugyanis nem feldolgozásra kerül, hanem horgásztavakba és természetes vizekbe telepítik horgászati célokból. A termelési adatok csak a következő kategóriákra terjednek ki: étkezési, anyaállomány, kétnyaras (tenyész) és ivadék (AKI 2018).

A tisztább kép kedvéért a jövőben javasolandó a horgászcélra értékesített étkezési méretű hal külön kategóriába sorolását a statisztikai számításoknál.  

 Miért nem eszünk halat?

Több felmérés is készült az elmúlt években a magyarok halfogyasztási szokásairól (HAKI 1997; Szűcs és Tikász 2008; Lékay 2016), melyek foglalkoznak a fogyasztók körében tapasztalható halhússal szembeni ellenérzésekkel is. Mindegyik nagyon hasonló eredményeket hozott. A halat elutasítók nagy része három fő érvet tud felhozni a fogyasztás ellen: szálkásság, szag, íz (az eredményekből nem derül ki egyértelműen, hogy a hal ízét vagy pedig a halban sok esetben tapasztalható iszapízt nem kedvelik a fogyasztók).

Három olyan tényező, mely a halak alapvető tulajdonsága, azonban nem reménytelen a helyzet. Bizonyos termeléstechnológiai és feldolgozási módszerekkel jelentősen csökkenthetők a fogyasztók által kifogásolt rossz tulajdonságok. Irdalással szinte teljesen szálkamentessé tehető a halfilé, megfelelő vízminőséggel és takarmányozással pedig csökkenthető a túlzott zsírtartalom és megelőzhető az iszapíz kialakulása is.

Mi a helyzet a termeléssel?

Az, hogy ilyen kevés hal fogy hazánkban egy rosszul működő termelési rendszer eredményének is tekinthető. Ha megnézzük a hazai akvakultúra termelési adatait, az elmúlt évtizedekben stabilan hozza az átlagos évi 20 ezer tonna halat (3. ábra). Nem mutatható ki jelentős növekedés az elmúlt időszak termelésében. A lényeg, hogy ez a halmennyiség a magyar lakosság lélekszámát alapul véve kb. 1,5 - 2 kg/fő/év fogyasztást tesz lehetővé (az összes megtermelt halnak csak kb. 2/3-a étkezési!). A fennmaradó közel 4 kg, amit egy átlag magyar ember elfogyaszt az év folyamán import áruként kerül be az országba. Magyarul, amíg a hazai halfogyasztás növekedését kizárólag népszerűsítő és marketingkampányokkal igyekezzük elérni, lelkesen támogatjuk Norvégiát, a Mekong menti országokat, Törökországot és még felsorolhatnánk a legtöbb tengeri halászflottát üzemeltető nemzetet is!

3. ábra. Összes hazai haltermelés alakulása 1995-2017 között (AKI, 2018)

4. ábra. Étkezési haltermelés alakulása 2011-2015 között (AKI, 2016)

Félreértés ne essék, a magyar lakosság egészségi állapota érdekében irreleváns, hogy honnan származik az elfogyasztott hal (sőt, sok esetben a tengeri halak jobb táplálkozásélettani értékkel bírnak, mint édesvízi társaik). A legtöbb fórumon megjelenő információk szerint a hazai haltenyésztő szakma a halfogyasztás növelésében látja biztosítottnak a saját hosszútávú fennmaradását, látszólag azonban nem tesz semmit és az előállított halmennyiséggel (és minőséggel) csak kullog a fogyasztók után.

Mi az oka annak, hogy a növekvő fogyasztásban nem a hazai, hanem az import haltermékek aránya emelkedik folyamatosan?

5. ábra Hal és halkészítmények fogyasztásának megoszlása

Elsőként említhető a feldolgozottság foka: A legtöbb hazai felmérés a feldolgozottság fokának nagyarányú növelésében látja a hazai haltermékek iránti keresletnövekedést, mely helyes meglátás (Békefi ésVáradi, 2002; Szathmári és mtsai. 2009). A mai korban az emberek egyre inkább a feldolgozott félkész vagy késztermékeket keresik. Ezt mutatja az 5. ábra is, melyen jól látható a késztermékek iránti kereslet növekedése. Feldolgozottság tekintetében biztosan az importtermékek állnak az élen, hiszen jelentős részben ilyen állapotban (filé, halrudacska, panírozott termékek stb.) kerülnek forgalomba, szemben a hazai halakkal, melyek jelentős része még mindig alacsony feldolgozottsági szinten, vagy feldolgozatlanul (direkt nem az élőt írom, mert úgy tiltja a törvény) kerül a piacra.

Második tényező a kiegyenlített és kifogástalan (de legalábbis jó) minőség. Hiába dolgozzuk fel azonban a hazai pontyot és gyártunk belőle irdalt filét, halburgert, vagy pástétomot, ha tocsog a saját iszapízű zsírjában. A zsírtartalom és az iszapíz technológia és környezetfüggő tulajdonságok. Több kutatás is kimutatta, hogy mindkettő értékei tág határok között mozognak a hazai pontytermelésben (Varga és mtsai. 2013, 2015).

A Minőségi Magyar Hal Védjegy nemrég került bevezetésre annak érdekében, hogy kiküszöbölje a minőségi tulajdonságok nagyarányú kilengéseit, azonban még nagyon gyerekcipőben jár.

Véleményem, hogy kiegyenlített minőségű, alacsony zsírtartalmú és iszapíztől mentes ponttyal (és más hallal) lehet csak meggyőzni a hazai fogyasztókat és hosszútávon biztosítani azt, hogy legyen itthon piaca a hazai termelésű halnak, növelve ezáltal a halfogyasztást és a hazai hal arányát mindezen belül.