Handbuch - Verband der Deutschen Binnenfischerei eV

Transcrição

Ein Handbuch für
nachhaltige
Aquakultur
Project N°: COLL-CT-2006-030384
Sixth Framework Programme
Integrierte Lösungswege für eine nachhaltige
und gesunde Süßwasseraquakultur
SUSTAINAQUA HANDBUCH
Vorwort
3
1.
SustainAqua – Eine Einführung
4
2.
Nachhaltigkeit in der Aquakultur
6
3.
Technologien in der Süßwasseraquakultur in Europa
3.1.
Teichwirtschaft
3.2.
Durchflusssysteme
3.3.
Kreislaufanlagen
3.4.
Gehegekulturen in Süßwasserseen und Flüssen
12
12
13
13
14
4.
Rechtliche Rahmenbedingungen in der europäischen Süßwasseraquakultur
4.1.
Gemeinsame Fischereipolitik (GFP)
4.2.
Umweltpolitik, die auf die Entwicklung der Aquakultur wesentlichen Einfluss hat
15
16
19
5.
Hohe Produktqualität und neue Geschäftsfelder – Marktchancen für Fischprodukte höchster
Qualität und Sekundärprodukte
5.1.
Produktqualität – die polnische Fallstudie
5.2.
Wasserreinigende Pflanzen für die Bioenergieindustrie – die ungarische Fallstudie
5.3.
Hydrokulturpflanzen und tropische Früchte – die Schweizer Fallstudie
6.
6.1.
6.2.
6.3.
6.4.
Reinigung des Ablaufwassers intensiver Aquakulturen durch Feuchtgebiete und extensive
Fischteiche – Fallstudie in Ungarn
Künstliche Feuchtgebiete als eine nachhaltige Methode zur Behandlung des Ablaufwassers von
Fischzuchten und zur Produktion wertvoller Biomasse
Von der Fallstudie zu einer Fischzucht: Wie kann das Ablaufwasser einer Welsfarm behandelt
werden?
Kombination von intensiver und extensiver Fischzucht für die nachhaltige Nutzung von Wasser
und Nährstoffen (Teich-in-Teich-System)
Von der Fallstudie zur Fischzucht: Entwurf eines theoretischen kombinierten Systems
7.
Verbesserte natürliche Produktion in extensiven Fischteichen – Fallstudie in Polen
7.1.
Neue Fischarten und Methoden in der Karpfenteichwirtschaft: Modul POLYKULTUR
7.2.
Praktische Ratschläge und Rückschlüsse für die Züchtung von Löffelstör in Polykultur
7.3.
Nutzung von Nährstoffen aus landwirtschaftlichen Reststoffen in der Teichwirtschaft: Modul
KASKADE in Polen
7.4.
Von der Fallstudie zur Fischfarm: Entwurf eines Kaskaden-Moduls
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8.
Neue Methoden zur Reduzierung der Emissionen von Forellenfarmen – Fallstudie Dänemark
8.1.
Einführung – Allgemeine Beschreibung der Fallstudie
8.2.
Futter und Fütterung – Emissionen aus den Farmen
8.3.
Energieverbrauch der Modellfarmen
8.4.
Kultivierung von Gartenteichpflanzen in den Lagunen
8.5.
Kultivierung alternativer Fischarten in den Lagunen
8.6.
Zusammenfassung – Möglichkeiten und Grenzen
8.7.
Von der Fallstudie zur Fischfarm: Wie kann man eine Modellforellenfarm mit einer Produktion von
500 Jahrestonnen betreiben (Modellfarm Ejstrupholm)
61
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63
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68
70
71
9.
Tilapiazucht in Kreislaufanlagen – Fallstudie in den Niederlanden
9.1.
Modul – Schlammdenitrifikationsreaktor (SDR)
9.2.
Von der Fallstudie zur Fischfarm: Integration eines SDR-AS in eine 100 t Tilapiakreislaufanlage
9.3.
Modul – Algenbettfilter ( PTS-Periphyton Turf Scrubber)
9.4.
Von der Fallstudie zur Fischfarm: Wie ist ein Modellfischteich mit PTS-Modul zu betreiben, der 5 t
Fisch pro Jahr produziert?
74
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97
10.
72
98
Das Tropenhaus: eine Polykultur zur nachhaltigen Produktion von tropischen Früchten und
Fischen – Ein Fallbeispiel aus der Schweiz
100
10.1. Einführung – das Konzept des Schweizer Tropenhauses
100
10.2. Integration von Krebsen in die Tilapiaproduktion sowie Herstellung von Fischfutter aus tropischen
1/116
10.3.
10.4.
Pflanzenresten
101
Warmwasser-Aquaponikfilter im tropischen Polykultursystem
104
Vom Pilotprojekt zur Fischfarm: Der Entwurf eines Aquaponikfilter-Systems für das Tropenhaus
Wolhusen
107
Literaturempfehlungen
111
Autoren
115
Danksagung
116
2/116
Vorwort
Vorwort
Die Bedeutung der Aquakultur wächst weltweit. Die stetig zunehmende Nachfrage nach Fischprodukten und der
gleichzeitige Rückgang der natürlichen Bestände durch Überfischung fördern diese Entwicklung seit Jahrzehnten.
Die Fischzüchter sollten jedoch die Fehler vermeiden, die zuvor in der Landwirtschaft und der Fischerei begangen
wurden: Sie sollten die Grundsätze der Nachhaltigkeit – also die gleichwertige Bedeutung einer
umweltfreundlichen, wirtschaftlich rentablen und zugleich sozial verantwortlichen Entwicklung – beherzigen.
Letztendlich muss sich jeder Fischzüchter, egal ob bei einer Kreislaufanlage oder in der Teichwirtschaft, den
gleichen Herausforderungen stellen: wie können durch effizientere Nutzung des Fischfutters zugleich Kosten
gespart, eine höhere Produktion erreicht und die Nährstoffkonzentration im Prozesswasser reduziert werden? wie
kann die Wasseraufbereitung verbessert werden, um die Kosten für Abwassergebühren zu verringern? Wie kann
man all die gesetzlichen Auflagen einhalten, Fisch von höchster Qualität und auf umweltfreundliche Weise züchten
und dabei noch ausreichend Gewinn erzielen, um seinen Lebensunterhalt zu verdienen und die Arbeitsplätze
seiner Mitarbeiter zu sichern?
Das EU-Projekt SustainAqua hat es sich zum Ziel gemacht, einige dieser Fragen zu beantworten und die
europäische Süßwasseraquakultur nachhaltiger zu gestalten. Das Hauptziel des Projekts war, Produktionsmethoden zu verbessern, potenzielle Märkte zu analysieren und die Produktqualität zu erhöhen. Fünf Fallstudien
wurden in Europa durchgeführt, die die wichtigsten Produktionssysteme in der Süßwasseraquakultur und die am
häufigsten gezüchteten Fischarten repräsentieren: extensive und semi-intensive Teichwirtschaft, die in Zentralund Osteuropa vorherrscht, und intensive Kreislaufanlagen, wie sie in Nord-West-Europa zunehmend betrieben
werden. Verschiedene Module wurden in jeder Fallstudie erforscht. Die wichtigsten Ergebnisse sind in diesem
Handbuch zusammengestellt.
Zu Beginn diskutieren wir Nachhaltigkeit und ihre Bedeutung für die Aquakultur. Wir stellen die
Nachhaltigkeitsindikatoren vor, die für die Bewertung der Fallstudien zu Beginn des Projekts entwickelt wurden.
Die verschiedenen Produktionssysteme – Teichwirtschaft, Durchflusssysteme und Kreislaufanlagen – werden
ebenfalls kurz erläutert. Wie wir alle wissen, wird die jetzige und künftige Arbeit der Fischzüchter durch die
nationale und europäische Gesetzgebung stark beeinflusst. Deshalb werden die rechtlichen Rahmenbedingungen
in der EU anschließend vorgestellt. Höchste Produktqualität und die innovative Nutzung etwaiger Nebenprodukte
aus der Fischzucht sind entscheidend für die Wettbewerbsfähigkeit einer jeden Aquakultur. Ein Kapitel behandelt
entsprechend die Auswirkungen verschiedener Zuchtbedingungen auf die Produktqualität sowie das Erschließen
neuer Märkte für Nebenprodukte aus der Aquakultur.
Die Beschreibung der verschiedenen Module, die in den fünf SustainAqua Fallstudien erforscht wurden, bildet den
Hauptteil dieses Handbuchs. Die traditionelle Teichwirtschaft Mittel- und Osteuropas wird durch die ungarische
und polnische Fallstudie repräsentiert. In Ungarn wird die Wasseraufbereitung einer intensiven Durchflussanlage
durch künstlich angelegte Feuchtgebiete verbessert, die als Biofilter fungieren. Außerdem werden die Vorteile der
Kombination von intensiver und extensiver Fischzucht hinsichtlich der effizienten Nutzung von Wasser- und
Nährstoffressourcen vorgestellt. Die polnische Fallstudie verbindet Aquakultur mit Landwirtschaft. In einem
Kaskadensystem wird Jauche genutzt, um Plankton als natürliches Futter für Karpfen zu erzeugen. Zudem wird
der Löffelstör als neue Fischart in die traditionelle Polykultur eingeführt, um die Fischproduktion zu erweitern,
Nährstoffe effektiver zu nutzen und die Rentabilität der Karpfenzucht zu steigern.
In Dänemark und in den Niederlanden wurden verschiedene Module für Kreislaufanlagen erforscht. In Dänemark
wird die Regenbogenforelle in sogenannten 'Modellzuchtanlagen' erforscht. Das Fütterungsmanagement soll hier
optimiert, die negativen Auswirkungen der Fischzucht auf die Umwelt sowie die Energiekosten sollen gesenkt
werden. Die holländische Fallstudie untersuchte die Produktion von Tilapia in einer geschlossenen
Kreislaufanlage. Zwei verschiedene Module, ein Schlamm-Denitrifizierungs-Reaktor sowie eine Technik zur
Produktion von Periphyton, sollten den Wasser- und Energieverbrauch sowie den Nährstoffaustrag reduzieren.
Die Schweizer Fallstudie, ein zur Zeit noch einzigartiges Projekt in Europa, züchtet Tilapia und kultiviert tropische
Früchte in einem Gewächshaus, in dem industrielle Abwärme kostenlos genutzt wird. Dieses tropische
Polykultursystem beweist, dass 'Abfall' als multifunktionale Ressource dienen kann, um umweltfreundlich und
wirtschaftlich rentabel Fisch und andere Produkte zu erzeugen.
Um die wissenschaftlichen Ergebnisse von SustainAqua für die Fischzüchter nutzbar zu machen, beschreibt das
Kapitel “Von der Fallstudie zur Fischfarm” praktische Informationen zur Umsetzung der verschiedenen Module.
Zunächst wird jedoch jedes Modul mit einer allgemeinen Beschreibung, seinen Grundprinzipien, der Bewertung
durch die SustainAqua-Nachhaltigkeitsindikatoren, den Möglichkeiten und Grenzen bei der praktischen
Anwendung sowie den größten Stärken der einzelnen Module vorgestellt.
Als Forscher und Fischzüchter können wir so unsere Stärken bündeln, neue Technologien entwickeln und
anwenden und die Verbraucher von der Qualität unserer Produkte überzeugen. Auf diese Weise kann die
Süßwasseraquakultur in Europa einer nachhaltigen, ja einer strahlenden Zukunft entgegensehen.
Dipl. Ing. Alexandra Oberdieck
Bremerhaven, Deutschland, Juni 2009
Koordinatorin SustainAqua
Prof. Dr. Johan Verreth
Wageningen, Niederlande, Juni 2009
Wissenschaftlicher Manager SustainAqua
3/116
1.
Die europäischen Fischzüchter kämpfen an zwei Fronten gleichzeitig: Einerseits müssen sie in Zeiten der
Globalisierung zunehmend mit Produzenten aus anderen Ländern konkurrieren, die jedoch wesentlich
geringere Produktionskosten aufweisen. Auf der anderen Seite müssen sie die strengen Vorschriften der
nationalen und europäischen Gesetzgebung in Bezug auf Produktqualität, Umweltschutz und Gesundheit
einhalten (z.B. Abwassereinleitung, Wasserentnahme, Einsatz von Chemikalien, etc.). Der Erfolg des
europäischen Aquakultursektors wird stark davon abhängen, ob die Fischzüchter diese Herausforderungen
bewältigen können.
Konzept von SustainAqua
SustainAqua ist ein dreijähriges Kollektivforschungsprojekt, das von der Europäischen Union im sechsten
Forschungsrahmenprogramm mitfinanziert wird. Hauptziel des Projektes ist, die europäische Süßwasseraquakultur nachhaltiger zu gestalten und den Fischzüchtern dabei zu helfen, international konkurrenzfähig
zu bleiben. Um dieses Ziel zu erreichen, soll der Wissensstand der europäischen Züchter in den folgenden
Bereichen erweitert werden:
•
Verbesserung der Produktionsmethoden, Prozesseffizienz und der Rentabilität
•
Erforschung potenzieller Märkte für Nebenprodukte aus der Aquakultur, z.B. in der Energie- oder
Kosmetikindustrie
Verbesserung der Produktqualität (Geschmack, Nährwert), um die Verbraucherakzeptanz von Fisch aus
Aquakultur zu erhöhen und so das Image des gesamten Sektors zu verbessern.
Das Projekt präsentiert eine Reihe von technischen Verbesserungen, um konventionelle Fischzuchten für
die Zukunft zu rüsten. Die neuen Technologien haben geringere Bau- und Wartungskosten, besonders im
Hinblick auf die Aufbereitung von Prozess- und Ablaufwasser.
•
Angewandte Forschung in den SustainAqua Fallstudien
Um die genannten Ziele zu erreichen, werden fünf verschiedene Fallstudien in Ungarn, Polen, den
Niederlanden, Dänemark und in der Schweiz durchgeführt. Jede Fallstudie repräsentiert eines der
wichtigsten Produktionssysteme in der Süßwasseraquakultur und die am häufigsten gezüchteten Fischarten:
Forelle, Karpfen, Tilapia und Wels. In allen Fallstudien werden verschiedene Module zur Optimierung von
Produktionsprozessen, zur Qualitätsverbesserung und Produktdiversifizierung entwickelt und erforscht. Im
Einzelnen werden folgende Aspekte untersucht:
•
Verschiedene Techniken zur Optimierung der Nährstoff-, Wasser- und Energiemanagements:
o Reduzierung der Energiekosten durch Verbesserung der Energieeffizienz;
o Reduzierung der Abwassergebühren durch Verminderung der Emissionen;
o Reduzierung der Kosten für Fischfutter durch höhere Nährstoffverwertung;
o Reduzierung der Arbeitskosten;
•
Geschmack und Nährwert von Fisch aus verschiedenen Produktionssystemen
•
Innovative Nutzung etwaiger Nebenprodukte aus der Fischzucht für potenzielle neue Märkte
Die Partner von SustainAqua übertragen dabei die höchst effektiven Prinzipien von natürlichen
Ökosystemen auf Fischzuchten. Ein gutes Beispiel ist die effiziente Nutzung von Nährstoffen: Neben der
Erzeugung von Fisch wird die verfügbare organische Substanz für die Produktion von anderen marktfähigen
Produkten verwendet, wie z.B. Pflanzen zur Bioenergieerzeugung. Eine solche optimierte Nährstoffkette
verringert die Menge des nährstoffreichen Ablaufwassers einer Fischzucht und reduziert auf diese Weise die
Kosten für die Wasseraufbereitung. Diese Prinzipien werden in extensiven, semiintensiven und intensiven
Zuchtsystemen getestet.
Zudem erforschen die Partner anhand professioneller sensorischer und analytischer Untersuchungen, ob
diese technischen Verbesserungen auch positive Auswirkungen auf die Qualität von Fischprodukten haben.
Auf diese Weise können die Anforderungen der Verbraucher nach gesunden und geschmackvollen Fisch
besser erfüllt werden.
Kurze Vorstellung der fünf SustainAqua Fallstudien
Die ungarische Fallstudie untersucht die Erzeugung von afrikanischem und europäischem Wels, der in
Netzgehegen in Teichen produziert wird (Teich-in-Teich-System). Außerdem wird die Aufbereitung von
Prozesswasser aus intensiver Aquakultur in künstlichen Feuchtgebieten erforscht: In mehreren miteinander
verbundenen Teichen werden zum einen verschiedene Karpfenarten gezüchtet, zum anderen wachsen dort
Klärpflanzen wie Weide und Schilfgras. Letztere dienen nicht nur als kostengünstige und effektive Wasseraufbereitung. Sie sollen auch als nachwachsende Rohstoffe für die Bioenergieindustrie verwendet werden.
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In der polnischen Fallstudie werden in zwei verschiedenen Modulen neue Techniken in der Karpfenzucht
erforscht. In einem Modul wird Gülle von landwirtschaftlichen Betrieben genutzt, um in einem
Kaskadensystem Plankton als natürliches Futter für Karpfen zu erzeugen. Auf diese Weise kann Fisch
gezüchtet werden, ohne auf künstliches Futter angewiesen zu sein. Außerdem wird in einem zweiten Modul
der Löffelstör als neue Fischart in die traditionelle Polykultur eingeführt, um die Fischproduktion zu erweitern
und die Rentabilität der Karpfenzucht zu steigern.
Die holländische Fallstudie untersucht die Produktion von Tilapia in einer geschlossenen Kreislaufanlage.
Zwei verschiedene Module, ein Schlamm-Denitrifizierungs-Reaktor sowie eine Technik zur Produktion von
Periphyton (Algenwuchs an submersen, also unter der Wasseroberfläche befindlichen Oberflächen) sollen
den Wasser- und Energieverbrauch sowie den Nährstoffaustrag (Phosphor, Stickstoff, organische Substanz)
reduzieren.
In Dänemark wird die Produktion von Regenbogenforellen in sogenannten 'Modellzuchtanlagen' erforscht.
Das Fütterungsmanagement soll hier optimiert, die negativen Auswirkungen auf die Umwelt sowie die
Energiekosten sollen gesenkt werden. Die Modellzuchtanlagen kombinieren die intensive Zucht in Kreislaufanlagen mit der Wasseraufbereitung in künstlichen Feuchtgebieten aus der traditionellen Forellenzucht. Auf
diese Weise ist eine steigende Fischproduktion ohne zusätzliche Umweltbelastung möglich.
In der Schweiz wird Tilapia in Polykultur mit tropischen Früchten wie Banane, Mango oder Guave gezüchtet.
Das 'Tropenhaus Ruswil' ist ein 1 500 m² großes Gewächshaus, in dem die Abwärme einer Gasverdichtungsstation als Energiequelle genutzt wird. Die Fallstudie will aufzeigen, dass 'Abfallstoffe' als
multifunktionale Ressource dienen können, um umweltfreundlich und wirtschaftlich rentabel Fisch und
andere Produkte zu erzeugen.
Die Bedeutung von Nachhaltigkeit
Nachhaltigkeit in der Aquakultur ist ein Kernpunkt in der weiteren Entwicklung, wenn der Aquakultursektor
nicht die gleichen Fehler wie die Hochseefischerei begehen will. Fast 75% der globalen Fischbestände
gelten als voll genutzt oder bereits als überfischt. Gleichzeitig ist der Fischverbrauch weltweit von
45 Millionen Tonnen im Jahr 1973 auf mehr als 130 Millionen Tonnen im Jahr 2000 gestiegen. Die
Welternährungsorganisation (FAO) erwartet einen weiteren Anstieg des Bedarfs an Fisch und Meeresfrüchten um 40 Millionen Tonnen bis zum Jahr 2030, und dies nur, um das derzeitige Verbrauchsniveau
beibehalten zu können.
Um dieser steigenden Nachfrage langfristig gerecht werden zu können, müssen nachhaltige Alternativen
verstärkt eingesetzt werden. Die am meisten versprechende Alternative ist die Aquakultur. Mit einer
Wachstumsrate von jährlich 8% seit den 1980er Jahren ist die Aquakultur die am schnellsten wachsende
Nahrungsmittelindustrie. Derzeit zeichnet sie sich für beinahe die Hälfte des weltweit konsumierten Fischs
verantwortlich, im Vergleich zu lediglich 9% im Jahr 1980.
Wissenstransfer
Das Projekt SustainAqua liefert mit den verschiedenen Modulen, die in den fünf Fallstudien erforscht und
getestet wurden, anwendbare Technologien und umfassende Information darüber, wie konventionelle
Aquakultursysteme auf nachhaltige Art und Weise modernisiert werden können. So können Fischzüchter
Produktionsprozesse, Umweltverträglichkeit und Produktqualität optimieren sowie ihre Produktpalette
vergrößern. Diese neuen technischen Möglichkeiten werden den Fischzüchtern dabei helfen, einerseits die
aktuellen genauso wie die künftigen Gesetze und Vorgaben einzuhalten und andererseits auch die
nachhaltigen Qualitätsstandards und Verhaltenskodexe, die zur Zeit entwickelt werden, zu erfüllen – ein
nicht zu unterschätzender Vorteil für die Werbestrategien der Züchter.
Die erforschten Module verfügen fast alle über mehr als eine Funktion gleichzeitig, beispielsweise die
Kombination aus Wasseraufbereitung, effektives Nährstoffmanagement und der Erzeugung von ökonomisch
wertvollen Nebenprodukten. Mit der Diversifizierung ihrer Produktpalette werden die Fischzüchter flexibler
und weniger anfällig auf Marktschwankungen reagieren können.
Das in den Fallstudien gewonnene Wissen wird in 22 Trainingsseminaren in acht europäischen Ländern an
die Fischzüchter weitergegeben. Die Seminare werden in Österreich, Dänemark, Deutschland, Ungarn,
Polen, Schweden, Spanien und der Türkei angeboten werden. Außerdem werden die Aquakulturverbände in
diesen acht Ländern als individuelle Beratungsplattformen für Fischzüchter nationale Kontaktstellen
einrichten, die auch nach Abschluss des Projekts das generierte Wissen weitervermitteln werden. Zusätzlich
besteht die Möglichkeit an zwei E-Learning-Seminaren im Juni und Juli 2009 teilzunehmen. Die größten
Vorteile, Risiken, Kosten, Erfolgsfaktoren sowie technische Anleitungen für die einzelnen Module werden in
diesem SustainAqua Handbuch und im SustainAqua Wiki zusammengefasst.
Mit Hilfe all dieser Instrumente und Tätigkeiten werden die Fischzüchter dazu ermutigt und in die Lage
versetzt, einen Teil oder ihre gesamte Fischzucht nachhaltiger und effizienter zu gestalten und auf diese
Weise sowohl ökonomische als auch umweltrelevante Verbesserungen zu erzielen.
5/116
2.
Der oftmals lediglich als Schlagwort verwendete Begriff Nachhaltigkeit oder auch 'Nachhaltige Entwicklung'
hat weitaus mehr zu bieten. Es handelt sich dabei um ein Konzept zur langfristigen Sicherung einer
lebenswerten Umwelt für alle Menschen. Nachhaltige Entwicklung umfasst mindestens drei fundamentale
Bereiche: Erhalt einer funktionierenden Umwelt, ökonomischer Wohlstand und soziale Gerechtigkeit. Im
Bereich der Aquakultur beinhaltet das Streben nach Nachhaltigkeit nicht nur Umweltziele, sondern bietet den
Fischzüchtern langfristig klare ökonomische Vorteile.
Oftmals wird der Begriff Nachhaltigkeit in seiner Bedeutung abgeschwächt und unscharf verwendet. Von
Politikern, Unternehmern und der Öffentlichkeit wird er bei zahlreichen Gelegenheiten sehr allgemein
verwendet, meist in oberflächlicher und irreführender Weise, mitunter aber auch mit falscher Bedeutung um
die positiven Assoziationen des Begriffes auszuschöpfen (ebenso wie es mit den Begriffen „Bio“ und „Öko“
in den 1990er Jahren geschehen ist).
Der folgende Text beschreibt den Zusammenhang, in dem das SustainAqua Projekt entwickelt und
durchgeführt wurde. Nach einer kurzen Einführung in die Hintergründe und die eigentliche Definition des
Begriffes „Nachhaltigkeit“ folgt eine Einleitung zum Thema Nachhaltigkeit und Aquakultur und schließlich
widmet sich der Text deren Anwendung.
Einleitung – Grundlagen zur 'Nachhaltigkeit'
Ein wichtiger Ursprung des Konzepts der 'Nachhaltigkeit' bzw. der 'Nachhaltigen Entwicklung' ist der Bericht
'Our common future' der Brundtland-Kommission. Die Kernaussage ist, dass nachhaltige Entwicklung die
Bedürfnisse der gegenwärtigen Generationen befriedigt, ohne die Möglichkeiten der zukünftigen
Generationen einzuschränken, ihre eigenen Bedürfnisse zu befriedigen. Eine derartige nachhaltige
Entwicklung (in der Landwirtschaft, Forstwirtschaft, Fischerei) schützt Land-, Wasser-, pflanzliche und
tierische Ressourcen, vermindert Umweltschäden, ist technisch angemessen, ökonomisch tragbar und sozial
akzeptabel.
Nachhaltige Entwicklung basiert auf langfristigen Erwägungen und ist ein integrativer, themenübergreifender
Ansatz. Der Begriff umfasst normalerweise die drei Bereiche ökologische, ökonomische und soziale
Nachhaltigkeit. Jeder Bereich ist gleichberechtigt und es bestehen zahlreiche Wechselwirkungen zwischen
ihnen. Sie können nicht von einander getrennt werden. Ursprünglich zielte das Modell mit den drei
gleichberechtigten Bereichen auf eine Stärkung der Umweltbelange. Allerdings wird inzwischen kritisiert,
dass in dieser Auffassung die existentielle Abhängigkeit der Ökonomie und der Gesellschaft von der
natürlichen Umwelt und ihren Ressourcen nicht entsprechend berücksichtigt wird (siehe Abbildung 1).
Abb. 1: Das Tragwerk der Nachhaltigkeit
Im beginnenden 21. Jahrhundert ist festzustellen, dass eine bessere Integration der drei Bereiche dringend
notwendig ist, um nachhaltige Entwicklung zu verwirklichen. Gegenwärtig liegt der Schwerpunkt auf der
Wirtschaft und vernachlässigt sowohl soziale Belange als auch Umweltaspekte. Deshalb ist es wichtig,
innerhalb der Abwägung der ökologischen und sozialen Nachhaltigkeit mehr Bedeutung zu verleihen und die
Überbewertung der Wirtschaft abzuschwächen. Aus der Rio-Deklaration über Umwelt und Entwicklung ergibt
sich der Schutz der Umwelt als feststehender und integrativer Bestandteil aller übergreifenden
Entwicklungsprozesse und darf nicht isoliert betrachtet werden. Auch wenn natürlich keine Bestrebungen in
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Industrie, Landwirtschaft oder Aquakultur unternommen werden, wenn sie ökonomisch unrentabel sind,
es die Aufgabe von Politik und Gesellschaft Wege zu finden, um alle drei Bereiche der Nachhaltigkeit
fördern. Ein wichtiges Werkzeug um diese Anforderungen der Nachhaltigkeit in allen drei Bereichen
erreichen, ist die Erforschung und Anwendung innovativer oder optimierter Technologien. Dies entspricht
Bereich der Süßwasseraquakultur genau dem Ziel von SustainAqua.
ist
zu
zu
im
Nachhaltigkeit und Aquakultur
Die Aquakultur steht, ebenso wie die gesamte Nahrungsmittelproduktion oder industrielle Produktion, vor
der Herausforderung einer nachhaltigen Entwicklung. In den vergangen 50 Jahren wuchs die Aquakultur
exponentiell. In den 1950er Jahren produzierte sie noch unter einer Million Tonnen, im Jahr 2006 entsprach
die Produktion bereits 51,7 Millionen Tonnen. Im Gegensatz dazu war der Ertrag des Fischfangs
gleichbleibend beziehungsweise zeitweilig sogar rückläufig. Aquakultur wächst weiterhin schneller als jeder
andere tierproduzierende Wirtschaftszweig. Zukünftig wird sie aufgrund der international steigenden
Nachfrage nach Fischprodukten weiterhin eine wachsende Rolle in der weltweiten Fischproduktion spielen.
Deshalb ist die kontinuierliche Weiterentwicklung von Methoden für eine nachhaltigere, effizientere und
kosteneffektivere Produktionsweise in der Aquakultur notwendig, etwa durch Fortbildung, einer besseren
Ressourcennutzung und einem entsprechenden Umweltmanagement. Innerhalb von SustainAqua werden
konkrete Lösungen mit angepassten technischen und methodischen Instrumenten erforscht. Darauf
aufbauend werden Trainingsmaßnahmen angeboten, um die Fischzüchter über die vielschichtigen
Ergebnisse des Projekts zu informieren und zu einer nachhaltigeren Aquakultur in Europa beizutragen.
Die verschiedenen nationalen, europäischen und internationalen Initiativen zu Verhaltensregeln,
Nachhaltigkeitsindikatoren und Zertifizierungssystemen müssen kontinuierlich weiterentwickelt und ständig
aktualisiert werden. Dadurch sollen ein besseres Verständnis und mehr Akzeptanz für die Nachhaltigkeit von
Aquakulturen bei allen Beteiligten erreicht werden. Darüber hinaus muss klar definiert sein, wie diese Ziele in
der Praxis zu erreichen sind. Wichtige Regelungen dazu sind:
•
FAO " Verhaltensregeln für verantwortungsbewusste Fischerei" (1995)
•
FEAP "Verhaltensregeln für europäische Aquakultur" (2000); werden gegenwärtig überarbeitet
•
EVAD "Richtlinie zur Mitgestaltung von Indikatoren der Nachhaltigen Entwicklung in der Aquakultur"
(2008)
Vereinbarung der internationalen Aquakultur Vereinigung (Global Aquaculture Alliance - GAA) und
GLOBALGAP zur Entwicklung und Vereinheitlichung von Zertifizierungssystemen für den weltweiten
Aquakultursektor (2009)
Beispielsweise wurden im Rahmen des EU Projekts CONSENSUS (2005-2008) durch die Beteiligung aller
relevanten Interessengruppen und Organisationen Nachhaltigkeitsindikatoren zusammengestellt, die als
Grundstein eines Zertifizierungssystems für nachhaltige Aquakulturen sowie für Benchmarking-Prozesse
genutzt werden können. Dahinter standen Ziele wie geringe Umweltauswirkungen, hohe Wettbewerbsfähigkeit und ethische Verantwortung unter Berücksichtigung der Biodiversität und des Tierschutzes.
SustainAqua 'ergänzt' CONSENSUS sozusagen durch die Untersuchung bestimmter technologischer
Verbesserungen, um die Nachhaltigkeit verschiedener europäischer Süßwasseraquakultursysteme zu
steigern. Die hier dargestellte Erläuterung der Nachhaltigkeit will hauptsächlich eine klare Zielrichtung für die
in SustainAqua durchgeführten Forschungen aufzeigen. So sollen Methoden und Technologien für eine
nachhaltigere Aquakulturproduktion entwickelt werden. Auf diese Weise trägt SustainAqua zu zukünftiger
Rechtsprechung und Produktkennzeichnung bei. Diese werden zwar gegenwärtig immer noch diskutiert,
bieten aber Richtlinien und technische anwendbare Lösungen für eine nachhaltigere Praxis der Fischzucht.
•
Systemgrenzen
Für eine praktikable Betrachtung der Nachhaltigkeit
von Aquakulturen ist es wichtig, die Systemgrenzen
sinnvoll festzulegen. Für SustainAqua wurden drei
verschiedene Ebenen als Systemgrenzen unterschieden, dargestellt als drei konzentrische Ringe in
Abbildung 2:
1. Auf der Ebene der Fischzuchten befinden sich die
Faktoren, die direkt durch die Züchter beeinflusst
werden können, wie z. B. die Wasserqualität, das
Abb. 2: Die Nachhaltigkeit von Aquakulturen kann in
Abhängigkeit von den gewählten Systemgrenzen
Nährstoff- und Energiemanagement oder die
beschrieben werden
Gesundheit der Fische.
2. Die zweite Ebene richtet sich auf Faktoren, die direkt mit den Prozessen in den Fischzuchten verknüpft
sind. Diese werden von den Züchtern nicht direkt beeinflusst, könnten aber, bei entsprechenden
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Bemühungen, von ihm mit beeinflusst werden. Dies betrifft beispielsweise die Fischfutterqualität, wie das
Fischfutter zusammengesetzt oder produziert wurde, für den Transport des Futters zurückgelegte
Transportwege, die vom Fischzüchter genutzten Energieträger (erneuerbare oder fossile Energien), den
Ort der Vermarktung (weit entfernte Märkte – lange Transportwege, regionale Märkte - kurze
Transportwege), usw. Der Fischzüchter könnte einige Faktoren aus der 2. Ebene in die Farmebene
'übertragen', zum Beispiel durch die Produktion von Fischfutter direkt innerhalb der Fischzucht selbst,
Nutzung von auf der Farm produzierter Energie oder durch den Verkauf von Produkten direkt auf dem
Hof.
Die ersten zwei Ebenen sind die wichtigsten für das Projekt SustainAqua.
3. Die dritte Ebene enthält Faktoren, die nur indirekt mit den Produktionsprozessen verbunden sind und
normalerweise nicht von dem Fischzüchter beeinflusst werden können. Diese Faktoren sind zum
Beispiel die Nachhaltigkeit der Verpackungsmaterialen (Produktion, Material usw.) oder die für den
Transport der Fische genutzten Energieart.
SustainAqua legt den Schwerpunkt auf die Ebene der Fischzuchtbetriebe. Die wichtigsten Faktoren der
zweiten Ebene werden ebenfalls berücksichtigt, beispielsweise Fischfutterproduktion, Energieproduktion, die
benötigte Energie für die Wasserversorgung bestimmter Qualität, die benötigte Energie für den Transport
und die potenziellen Märkte.
Der Vollständigkeit halber muss auch der rechtliche Rahmen berücksichtig werden, wie Regelungen der
EU, nationale oder regionale Vorschriften und Normen. Diese betreffen alle Ebenen unterschiedlich stark
und können nicht direkt vom Fischzüchter beeinflusst werden. In SustainAqua werden die Vorschriften
berücksichtigt, die für die erste und zweite Ebene von Bedeutung sind.
Nachhaltigkeitsindikatoren und Zertifizierung
Die begrenzte Verfügbarkeit der natürlichen Ressourcen gekoppelt mit steigenden Energiepreisen
verdeutlicht die Notwendigkeit, Aquakulturen nachhaltiger zu gestalten. Die Aquakulturbranche stellt sich
bereits dieser anspruchsvollen Aufgabe, sie befindet sich allerdings noch am Anfang des Weges. Verglichen
mit anderen Tierproduktionssystemen steht die Fischzucht unter besonderem Druck sich nachhaltig zu
entwickeln, da sie wichtige natürliche Ressourcen nutzt, wie Süßwasser, Feuchtgebiete, Küstenzonen sowie
der Fang von Wildfischen zur Futterproduktion oder zum Bestandsaufbau.
Weder die Nachhaltigkeit einer Maßnahme noch deren Messung kann statisch erfolgen, da ökonomische,
ökologische und soziale Aspekte zu beachten sind (siehe Abbildung 3). Jeder Ansatz, die Nachhaltigkeit zu
steigern, basiert sowohl auf unumstrittenen Fakten als auch auf gesellschaftlichen Werten und anderen
Bewertungen, die noch diskutiert werden oder sich im Laufe der Zeit ändern können. Folglich ist es nicht
immer möglich, eineindeutige Entscheidungen darüber zu treffen, ob ein Prozess nachhaltig ist oder nicht.
Sehr häufig gibt es fließende Übergänge zwischen nicht-nachhaltigen und nachhaltigen Prozessen.
Abb. 3: Nachhaltige Süßwasseraquakultur vereint ökologische, ökonomische und soziale Aspekte
Die verschiedenen bereits erwähnten Verhaltensregeln und Kriteriensysteme versuchen, zu einer Lösung
des Bewertungsproblems beizutragen und so die die nachhaltige Aquakultur zu unterstützen. Bislang
existieren jedoch keine vollständigen und anwendbaren Kriterien, Indikatoren oder damit verbundene
Kennzeichnungssysteme in Europa, die tatsächlich in der Lage wären, den Nachhaltigkeitsstatus eines
Fischprodukts zu zertifizieren. Das SustainAqua-Projekt trägt zur Weiterentwicklung der von verschiedenen
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Initiativen entwickelten Kriterien bei (siehe oben). Wie bereits erwähnt, steht SustainAqua nicht in
Konkurrenz zu Indikatorsystemen, die bereits mit vielen Interessengruppen erarbeitet wurden, wie zum
Beispiel durch CONSENSUS. Die unten vorgestellten, ausgewählten Kriterien sind für die fünf SustainAquaFallstudien entwickelt worden. Sie weisen die Richtung, wie die Nachhaltigkeit in den jeweiligen
Fischzuchten verbessert werden kann. Grundsätzlich wurden sie so entwickelt, dass die Nachhaltigkeit der
Forschungsansätze damit quantifiziert werden kann, um zur Übertragbarkeit und Anwendbarkeit der
Forschungsergebnisse in Form von anwendbaren Methoden und Technologien beizutragen. Es ist nicht die
Aufgabe von SustainAqua zu beurteilen, ob eine bestimmte Süßwasseraquakultur nachhaltig ist oder nicht.
Vielmehr geht es um eine unmissverständliche Richtung, was in einer Fallstudie oder einer bestimmten
Fischzucht erreicht werden kann, um die Nachhaltigkeit zu verbessern.
SustainAqua-Nachhaltigkeitsindikatoren
Das SustainAqua-Konsortium entwickelte zu Beginn des Projekts 28 Indikatoren für die Bereiche der
ökologischen, ökonomischen und sozialen Nachhaltigkeit. Allerdings war es nicht möglich im Rahmen des
Projekts alle möglichen Bereiche der Erforschung und Verbesserung der Nachhaltigkeit auf Fischzuchten
abzudecken. Die endgültige Anzahl der Indikatoren wurde schließlich auf acht reduziert und auf die fünf
Fallbeispiele des Projekts angewendet (siehe Tabelle 1). Die Auswahl der acht Indikatoren erfolgte auf Basis
der folgenden vier Kriterien:
•
Handlungsrelevant: Der Indikator zeigt Änderungen des Managements hinsichtlich der Zielstellung
und erlaubt zu messen, ob ein Akteur auf das Ziel hinarbeitet oder nicht.
•
Plausibel: Der Indikator ist für den Akteur verständlich.
•
Messbarkeit: Es ist möglich, den Indikator zu messen.
•
Machbarkeit: Es ist möglich, den Indikator mit den vorgesehenen Projektmitteln (Budget, Zeit) zu
messen und zu erfassen.
Nährstoffe
Wasser
Energie
Umweltbereich
Konkrete Ziele / Kriterien
Indikator
Einheit
Energieeffizienz: maximale Reduzierung des
benötigten Energieaufwands
Energieaufwand pro Ertrag (Fisch,
Biomasse)
kWh/ kWh Ertrag (differenziert
für jedes Produkt)
Input: Reduzierung der Frischwasserzufuhr von
außen (maximale Wiedernutzung des Wassers)
Wasserbedarf pro Ertrag (Fish,
Biomasse)
l/kg Ertrag
Output: Reduzierung der Ablaufwassermenge
(Qualitätsaspekte siehe Nährstoffe/Output)
Abfluss pro Ertrag (Fisch, Biomasse)inkl. Regenwasser aber ohne
Verdunstung und Versickerung
l/kg Ertrag
Nährstoffverwertung: möglichst effiziente Nutzung
der Nährstoffe (bei einer bestimmten Nährstoffzufuhr sollte eine maximale Menge an vermarktbaren Produkte bei hoher Qualität produziert
werden)
Effizienz der Nährstoffretention –
Nährstoffrückhalt in dem produzierten
Produkt pro kg Nährstoffzufuhr in das
Gesamtsystem (Fisch, Biomasse)
kg Nährstoff (N, P, CSB) der im
Produkt enthalten ist je kg
Nährstoffzufuhr [%] (GSB
berechnet aus CSB und N)
Output (siehe Wasser): Reduzierung der
Emissionen (Nähr- und Mineralstoffe und
organische Stoffverluste)
N, P, CSB, elektrische
Nährstoffmenge/ Qualität des Ablauf-/
Leitfähigkeit die pro kg Ertrag
Prozesswassers
abgegeben wird
Nährstoffwiederverwendung zur Produktion
wertvoller sekundärer Produkte innerhalb der
Fischzucht
Nährstoffspeicherung der genutzten
N/P für wertvolle sekundäre Produkte
kg Nährstoffspeicherung in
sekundären Produkten pro kg
Nährstoffinput in das
Gesamtsystem [%]
Konkrete Ziele / Kriterien
Indikator
Einheit
Steigerung der Produktivität pro Arbeitseinheit
Benötigte Arbeitszeit pro Erzeugnis auf
der Ebene kommerzieller Fischzuchten h/kg Erzeugnis
(Modelbasierte Annahme)
Verbesserung der Produktsicherheit /
Fischgesundheit: Reduzierung von
Krankheitsausbrüchen
Behandlung je Produktionszyklus
Abfangen
Produktionsvon Marktkosten
fluktuationen
Ökonomischer Bereich
Tabelle 1: Nachhaltigkeitsindikatoren für die fünf SustainAqua-Fallstudien
9/116
Behandlung je
Produktionszyklus
In den nachfolgenden Kapiteln zu den Fallstudien werden diese Indikatoren häufig verwendet. Sie dienen als
Grundlage zur Bewertung der Forschung in den fünf SustainAqua-Fallstudien und sollen zur Übertragung
der Ergebnisse für die praktische Anwendung beitragen.
Die verbleibenden 20 Indikatoren wurden weder detailliert gemessen noch bewertet. Diese Bewertung hätte
den Rahmen des Projekts gesprengt. Unter ihnen befanden sich auch Indikatoren für 'Wasser und Klima.
Zur Unterstützung der Stabilisierung des lokalen Klimas durch Steigerung der Verdunstung mit Hilfe einer
vermehrten Anzahl von Feuchtgebieten/ offenen Wasserflächen'. Weitere Indikatoren betrafen den sozialen
Bereich, beispielsweise 'Die Unterstützung der Entwicklung von zusätzlichen Arbeitsplätzen' oder 'Die
Unterstützung der ländlichen Entwicklung'. Weitere Information zum Thema finden sich im SustainAqua-Wiki
unter http://wiki.sustainaqua.org.
Anwendung nachhaltiger Strategien in der Aquakultur
In den folgenden Abschnitten wurden die Prinzipien jedes einzelnen Nachhaltigkeitsbereichs detailliert
beschrieben. Zusätzlich werden allgemeine Vorschläge gemacht, wie Aquakultursysteme unter Berücksichtigung dieser Prinzipien nachhaltiger gestaltet werden können. Praktische Beispiele dieser möglichen
Anwendungsprinzipien werden in den verschiedenen SustainAqua-Fallstudien des Handbuchs vorgestellt.
Steigerung der ökologischen Nachhaltigkeit
Wasser, Nährstoffe, der Flächenbedarf der Fischzucht und die Energie sind die wichtigsten Gesichtspunkte
bei der Betrachtung der ökologischen Nachhaltigkeit von Fischzuchten. Bezüglich des Wassers sind die
Menge und die Qualität wichtige Aspekte. Frischwasser kann sowohl aus Oberflächengewässern,
beispielsweise Seen, Flüsse, als auch aus dem Grundwasser entnommen werden. Ein wichtiges Ziel in allen
Systemen ist die Reduzierung des Frischwasserbedarfs zur Entlastung der natürlichen Ökosysteme. Eng
damit verbunden ist das gleichrangige Ziel, das Prozesswasseraufkommen zu reduzieren und dieses besser
zu behandeln, da in den meisten Fällen der Abfluss der Fischzuchten noch zahlreiche Nährstoffe enthält, die
die natürlichen Gewässer eutrophieren. Die beste Managementstrategie hängt normalerweise von der Art
der Aquakultur ab. Traditionelle Karpfenteiche benötigen beispielsweise lediglich Wasser, um die
Verdunstung und Versickerung zu ersetzten, der Abfluss ist auf das Abfischen beschränkt. Kreislaufanlagen
wie die dänische Modelfischzucht für Forellen sind ein weiteres Beispiel dafür, wie der benötigte
Wasserbedarf substanziell reduziert werden kann. In diesem Fall werden zum Beispiel auch künstliche
Feuchtgebiete für den Nährstoffrückhalt des Ablaufwassers verwendet.
Eine effiziente Nutzung der benötigten Nährstoffe ist ebenfalls für die ökologische Nachhaltigkeit wesentlich.
Die Reduzierung der Futterverluste durch ein weiterentwickeltes Fütterungsregime und die Auswahl
geeigneten Futters sind der erste Schritt. Die zusätzliche Nutzung der verbleibenden Nährstoffe ist eine
Aufgabe, die abhängig von den Bedingungen der jeweiligen Fischzucht anzugehen ist. Die Nutzung des
Periphytons (Aufwuchses), wie in der ungarischen Fallstudie, ist eine Möglichkeit. Die Verwendung von
verschiedenen Fischarten in einem gemeinsamen Teich als Polykultur kann die Nährstoffeffizienz steigern,
da die verschiedenen ökologischen Nischen im Teich durch die unterschiedlichen Fischarten besetzt
werden, wie in der polnischen Fallstudie gezeigt wird. Grundsätzlich sollte dabei vermieden werden, fremde
Arten zu nutzen. Wenn ausreichende Flächen zur Verfügung stehen, bestünden im Anbau erneuerbaren
Rohstoffe, zum Beispiel Schilf oder Weide (ungarische Fallstudie) oder Gartenpflanzen (dänische Fallstudie)
weitere Möglichkeiten für die Steigerung der Nährstoffeffizienz.
Die Herkunft des genutzten Futters ist eine weitere Möglichkeit zur ökologischen Nachhaltigkeit beizutragen,
wie etwa durch die Nutzung von Fischmehl aus dem Beifang nachhaltigen Fischfangs (z. B. MSC zertifiziert).
Nachhaltigkeit in Bezug auf die durch die Fischzuchten genutzten Flächen hängt sehr stark von den lokalen
Bedingungen ab. Allgemein führt die Notwendigkeit, sowohl erneuerbare Ressourcen als auch
Nahrungsmittel zu produzieren, zu einer verstärkten Flächenkonkurrenz. Der verminderte Flächenbedarf pro
kg erzeugten Fisch in einigen Kreislaufanlagen kann einen Beitrag leisten. Anderseits kann die Teichfläche
von Fischzuchten zur Stabilisierung des lokalen Klimas durch deren Verdunstung beitragen. Teiche bieten
ebenfalls hervorragende ökologisch wertvolle Flächen.
Die Energienutzung ist ein wichtiges Thema besonders in Kreislaufanlagen wie in den Niederlanden (siehe
Kapitel zur niederländischen Fallstudie). Auch in anderen Aquakultursystemen ist es möglich und wichtig,
den Energiebedarf durch die Steigerung der Energieeffizienz zu reduzieren. Dies wäre unter anderem durch
die Nutzung effizienterer Pumpen möglich. Bezüglich der Energienutzung ist es das Ziel, mit weniger
Energie mindestens dieselbe Menge an Fisch zu produzieren oder sogar mehr Fisch bei gleichbleibendem
Energiebedarf.
Steigerung der ökonomischen Nachhaltigkeit
Fischzucht ist ökonomisch nachhaltig und lebensfähig, wenn die Farm gewinnbringend arbeitet, die
Einnahmen zuverlässig sind und die Produkte von den Verbrauchern angenommen werden. In vielen Fällen
10/116
ist die Verbesserung der ökologischen Nachhaltigkeit eng verbunden mit der Optimierung der ökonomischen
Nachhaltigkeit. Zum Beispiel ist eine effizientere Nutzung des Futters und der Nährstoffe oder die
Reduzierung der Frischwassernutzung nicht nur positiv für die Umwelt, sondern reduziert auch Kosten.
Abhängig von den nationalen Gesetzen kann eine reduzierte Abwassermenge dazu beitragen, die
Produktionskosten zu senken. Dasselbe gilt für alle energieabhängigen Prozesse. Eine regionalere
Vermarktung der Produkte senkt die Transportkosten, die Teil der Energiekosten sind. Die Diversifizierung
der Aquakultur kann Marktschwankungen ausgleichen. Polykulturen oder die zusätzliche Produktion
erneuerbarer Ressourcen, Gartenpflanzen oder Fischbrut sind praxisnahe Beispiele in den SustainAquaFallstudien. Herstellung von nachweisbar hochwertigen Produkten kann den tatsächlichen Preis und das
Vertrauen der Kunden erhöhen. Letzten Endes trägt eine aus eigener Einsicht vertretene Nachhaltigkeit (und
nicht nur widerwillig vorgenommene Anpassungen unter Zwang) dazu bei, die Akzeptanz bei den
Konsumenten zu erhöhen.
All diese Aspekte müssen individuell bewertet werden, denn die Verfügbarkeit der für die Aquakultur
benötigten Ressourcen (Wasser, Land, Nährstoffe, Energie) variiert zwischen den verschieden europäischen
Ländern stark. Zum Beispiel kann ein Kreislaufsystem in der Nachbarschaft großer Städte sehr nachhaltig
sein, besonders wenn es mit Abwärme beheizt werden könnte. In ländlichen Gebieten, wie z. B. auch in
vielen Teilen Ungarns, kann es dagegen ökonomisch viel nachhaltiger sein, große extensive Karpfenteiche
zu bewirtschaften, weil Land und Wasser verfügbar und relativ günstig sind.
Steigerung der sozialen Nachhaltigkeit
Das Wesen der sozialen Nachhaltigkeit ist ebenfalls sehr vielgestaltig. Sie betrifft Beschäftigungsmöglichkeiten in der Branche, die Arbeitsbedingungen in den Fischzuchten (Hygiene, Sicherheit, Schulung),
aber auch die allgemeine Öffentlichkeit in Verbindung mit Erholung, Gesundheit und ernährungsrelevanten
Belangen. Wichtige Aspekte sind auch die Attraktivität der Aquakultur für die jüngeren Generationen oder die
Frage, wie die mit den Fischzuchten verbundene Kultur und Tradition erhalten werden kann, wie
beispielsweise in den durch Fischteichen geprägten Regionen in Osteuropa.
Soziale Nachhaltigkeit war jedoch kein Schwerpunktthema in SustainAqua. Das Projekt konzentrierte sich
vorwiegend auf technische Lösungen, um eine direkte Steigerung der ökonomischen und ökologischen
Nachhaltigkeit zu erreichen. Wird diese erreicht, fördert das wiederum die soziale Nachhaltigkeit (sichere
Arbeitsplätze, Sicherung einer funktionsfähigen Umwelt für Erholung, Beitrag zu ein hochwertigen und
gesunden Versorgung, usw.).
11/116
Technologien Süßwasseraquakultur
3.
Es gibt viele Möglichkeiten, die sehr unterschiedlichen Produktionstypen in der Süßwasseraquakultur
bestimmten Gruppen zuzuordnen und sie zu beschreiben. Aus der Sichtweise der Nachhaltigkeit allerdings
bilden die Produktionsmethoden die beste Grundlage für eine Einteilung. Obwohl es viele Überschneidungen
und Übergänge bei den verschiedenen Produktionssystemen gibt, lassen sich die folgenden
Produktionsmethoden grundsätzlich voneinander unterscheiden: Teichwirtschaft, Durchflusssysteme,
Kreislaufanlagen, Gehegekulturen
3.1. Teichwirtschaft
Die Teichwirtschaft zählt zu den ältesten Formen der Fischproduktion in Europa; ihre Anfänge reichen bis ins
Mittelalter zurück. Die Teiche wurden in den Gebieten angelegt, in denen ausreichend Wasserressourcen
vorhanden waren und der Boden für die Landwirtschaft nicht geeignet war. Fischteiche prägen und gestalten
seitdem die Kulturlandschaft in weiten Teilen Mittel- und Osteuropas. Die Produktionsmenge in Europa
beträgt insgesamt ca. 475 000 Tonnen Fisch pro Jahr. Ungefähr die Hälfte dieser Produktion sind
Cypriniden, wie Karpfen, Silberkarpfen und Marmorkarpfen. Die wichtigsten Produktionsländer sind Polen,
Ungarn, die Tschechische Republik, Deutschland, Ukraine und die Russische Föderation.
Typische Fischteiche sind in Erdbauweise errichtet, in denen die Fische fast wie in der Natur leben können
und sich auch vorwiegend von natürlicher Nahrung wie Algen, Wasserpflanzen, Fischchen, Krebsen und
Insektenlarven ernähren, die von Natur aus im Teich vorkommen. Um höhere Erträge zu erzielen, füttern die
Fischzüchter mit Getreide zu oder fügen Nährstoffe durch organische Düngung (z.B. durch Gülle) hinzu, um
die natürliche Nahrungsproduktion zu stimulieren. Die Teiche werden i.d.R. jährlich mit Jungfischen besetzt.
Die Teichwirtschaft wird in den meisten Ländern extensiv bzw. semi-intensiv (mit zusätzlicher Fütterung)
betrieben. Chemikalien und andere Behandlungsstoffe werden normalerweise nicht eingesetzt. Das
wichtigste Thema aus Sicht des Umweltschutzes ist der Einsatz von Düngemitteln, der bei übermäßigem
Einsatz zur Eutrophierung der natürlichen Gewässer führen kann. Fischteiche sind aus Sicht der Ökologie
jedoch auch sehr positiv zu bewerten. So bieten extensiv bewirtschaftete Fischteiche mit ihrem Schilfgürtel
und umgebenden natürlichen Vegetation wertvollen Lebensraum für seltene Pflanzen- und Tierarten. Aus
wasserrechtlicher und klimatologischer Sicht sind Teiche von größter Bedeutung, da sie wichtige
Wasserrückhaltebecken darstellen. Auch für den Tourismus in ländlichen Gebieten spielen Teiche eine
wachsende Rolle. Viele Teichwirtschaften wurden bereits zu multifunktionalen Fischfarmen umgebaut, die
verschiedenste Dienstleistungen anbieten, über Freizeitangeln, Erhaltung der Artenvielfalt oder
Verbesserung des Wassermanagements.
Multifunktionale Teichwirtschaft in Ungarn (Foto: HAKI)
12/116
3.2. Durchflusssysteme
In traditionellen Durchflusssystemen fließt das Wasser nur einmal durch die Aquakultur und wird danach
wieder in die natürlichen Gewässern eingeleitet. Das Wasser wird i.d.R. einem Fluss entnommen, durch die
Zuchtanlage geleitet und vor der Einleitung in die Vorfluter aufbereitet. Der Zufluss muss so hoch sein, dass
das Wasser mindestens einmal täglich ausgetauscht wird. Durch den stetigen Wasserdurchfluss werden
einerseits die Fische mit ausreichend Sauerstoff versorgt, andererseits werden so die überschüssigen Nährund Schwebstoffe aus der Anlage in die Vorfluter geleitet. In Europa wird in solchen Durchflusssystemen vor
allem Forellenzucht betrieben.
Die Regenbogenforelle (Oncorhynchus mykiss) dominiert wegen ihrer guten Wachstumsleistung weite Teile
der europäischen Forellenzucht (ca. 95% der Gesamtproduktion). Die meisten Forellenzuchten in der EU
liegen an Flüssen und nutzen Betonbassins oder Teiche. Einige Netzgehege in Seen werden auch genutzt.
Ca. 220 000 Tonnen Portionsforellen werden jährlich in Europa produziert und verkauft, 85% davon werden
in der EU produziert. Die Hauptproduzenten sind Italien und Frankreich, gefolgt von Dänemark, Deutschland
und Spanien. Ein großer Produzent von Portionsforellen außerhalb der EU ist die Türkei. Nach vielen Jahren
langsamen, aber stetigen Wachstums ging die Produktion von Portionsforellen im Zeitraum von 2000-2005
leicht zurück (ca. minus 0,6% pro Jahr), die Preise allerdings blieben stabil.
Andere Wasserquellen für Durchflusssysteme sind Quell- oder Grundwasser. In einigen Ländern werden
auch aufgeheizte, industrielle Wasserquellen (wie z.B. von Energieerzeugungsanlagen) genutzt, um Fisch in
Durchflusssystemen zu produzieren. Geothermalwasser ist ebenfalls eine natürliche Warmwasserquelle, die
die Zucht von entsprechenden Süßwasserfischarten erlaubt (besonders Afrikanischer Wels, Aal, Stör,
Barsch und Tilapia).
Traditionelle Forellenzucht in Dänemark (Foto: DTU-Aqua)
3.3. Kreislaufanlagen
Kreislaufanlagen sind landbasierte Zuchtsysteme, in denen das Wasser wieder verwendet wird, nachdem es
mechanisch und biologisch aufbereitet wurde. Auf diese Weise werden Wasser- und Energiebedarf sowie
die Emission von Nährstoffen in die Umwelt reduziert. Diese Systeme haben mehrere Vorteile, wie z.B.
Wasserersparnis, eine strenge Kontrolle der Wasserqualität, geringe Umweltauswirkungen, hohe
Biosicherheitsstandards und eine im Vergleich zu anderen Produktionssystemen leichter durchführbare
Kontrolle der anfallenden Reststoffe. Die hauptsächlichen Nachteile sind hohe Investitionskosten, hohe
Betriebskosten (v.a. für Energie), hohe Anforderung an das Management mit entsprechend gut qualifizierten
Arbeitskräften sowie Schwierigkeiten bei der Behandlung von Krankheiten.
Die Bedeutung von Kreislaufanlagen für die Fischzucht in Europa ist zur Zeit noch gering. Besonders in den
13/116
Niederlanden und in Dänemark werden allerdings schon beträchtliche Mengen Fisch mit dieser Technologie
produziert. Die hauptsächlichen Süßwasserfischarten, die in Kreislaufanlagen gezüchtet werden, sind Wels
und Aal, aber auch andere Arten werden bereits mit dieser Technologie produziert. Die Aalproduktion in der
EU lag bis 2001 bei ca. 11 000 Tonnen/Jahr, anschließend ging sie auf ca. 8 500 Tonnen jährlich zurück und
hat sich seitdem stabilisiert. Diese Zahlen verbergen jedoch wesentliche Produktionsverlagerungen bei den
Hauptproduzenten: Die Produktion in Italien (vormals der größte Produzent der EU) erfährt seit den späten
1990er Jahren einen konstanten Abwärtstrend, und auch die dänische Produktion ist seit 2001 gesunken.
Diese Verluste wurden jedoch durch stetiges Wachstum in der holländischen Produktion teilweise
kompensiert. Wegen der unsicheren Versorgung mit Glasaalen für den Besatz jedoch weichen einige
Aalzüchter auf andere Arten aus oder verlassen die Branche komplett.
Intensive Tilapia-Produktion in einer Kreislaufanlage (Foto: FISHION AQUACULTURE B.V.)
3.4. Gehegekulturen in Süßwasserseen und Flüssen
Gehegekulturen, die sorgfältig geplant und gut gemanagt werden, bieten zwar begrenzte, aber durchaus
bedeutende Möglichkeiten in der Süßwasseraquakultur. In bestimmten Gewässern kann eine extensive oder
intensive Fischproduktion in Netzgehegen mit einer nachhaltigen Nutzung von natürlichen Ressourcen Hand
in Hand gehen. So ist zum Beispiel die Seesaiblingszucht (Salvelinus alpinus) derzeit ein kleiner, aber
erfolgreicher Geschäftszweig in Schweden. Es ist zu erwarten, dass diese Branche im Laufe der nächsten
Jahre beträchtlich an Bedeutung gewinnen wird. Diese Aquakulturen befinden sich im Norden des Landes in
den nahezu ungenutzten Seen und Stauseen, die entlang der durch Dämme regulierten Flüsse liegen. Diese
Gewässer waren von Natur aus arm an Nährstoffen und wurden im Zuge der Wasserregulierung noch weiter
ausgedünnt, so dass derzeit dort nahezu sterile Bedingungen herrschen. Fischzucht in diesen Gewässern
würde eine Wiederherstellungsmaßnahme bedeuten, da die vermehrte Menge an Nährstoffen dazu dient,
die Gewässerbedingungen wieder an den natürlichen Zustand anzunähern. Es ist mindestens eine
Jahresproduktion von 5 000 Tonnen Seesaibling notwendig, um das derzeitige Niveau von Phosphor in
diesen Seen von 3 µg/l auf ein geschätztes natürliches Niveau in Höhe von 10 µg/l zu bringen.
14/116
Rechtliche Rahmenbedingungen
4.
Rechtliche
Rahmenbedingungen
Süßwasseraquakultur
in
der
europäischen
Es ist weithin bekannt, dass die Aquakultur eine der am strengsten regulierten Industrien in der
Europäischen Union ist. Die Produktion von Fisch, die die begrenzten natürlichen Ressourcen der Küsten
und Binnengewässer nutzt, steht weiterhin im Fokus des öffentlichen Interesses. Es überrascht deswegen
nicht, dass die verschiedensten Politiker und Interessengruppen, wie z.B. die EU und die nationalen
Regierungen, Nichtregierungsorganisationen, und die Aquakulturindustrie selbst die Fischzucht kontrollieren
möchten. Auf der anderen Seite hat dieses Interesse schon zu so vielen Vorschriften und Regelungen
geführt, dass sie für den einzelnen Fischzüchter nur sehr schwer überschaubar geworden sind.
Im Rahmen des Projekts SustainAqua wurden verschiedene Fallstudien durchgeführt und Module erforscht,
um die Fischzüchter in der Süßwasseraquakultur dabei zu unterstützen, ihren Betrieb weiterzuentwickeln
und dabei gleichzeitig ihre wertvollste Ressource zu schützen: sauberes Frischwasser. Dieses Kapitel soll
einen Überblick auf die wichtigsten Regularien geben, die für die Aquakultur relevant sind. Ausführlichere
Informationen sind hierzu im SustainAqua Wiki auf http://wiki.sustainaqua.org zu finden.
In den EU-Mitgliedsstaaten haben die Gesetzgebung und Finanzierungsinstrumente der EU die größte
Bedeutung für die Regulierung der Aquakultur. Eine sehr gute Zusammenfassung über die verschiedenen
Dokumente, die im Gesetzgebungsprozess der Europäischen Kommission relevant sind, wurde von der
Vereinigung der europäischen Aquakultur-Produzenten (FEAP) verfasst (Quelle: www.profetpolicy.info):
Grünbuch: Grünbücher sind von der Kommission veröffentlichte Mitteilungen, die eine öffentliche
Diskussion über einen bestimmten Politikbereich anregen sollen. Sie richten sich an interessierte Dritte
(Organisationen wie Einzelpersonen), am jeweiligen Beratungsprozess teilzunehmen und auf der Basis der
vorgebrachten Vorschläge zu diskutieren. Aus einem Grünbuch kann sich ein Gesetzgebungsprozess
entwickeln, der dann in einem Weißbuch dargestellt wird.
Weißbuch: Weißbücher enthalten Vorschläge für ein Tätigwerden der EU in einem bestimmten Bereich. Sie
folgen zuweilen auf Grünbücher, die bereits einen Konsultationsprozess auf europäischer Ebene eingeleitet
haben. Während in Grünbüchern Ideen präsentiert werden, enthalten Weißbücher bereits förmliche
Vorschläge für bestimmte Politikbereiche und dienen dazu, diese zu entwickeln. Der Europäische Rat, also
die regelmäßigen Zusammenkünfte der Staats- und Regierungschefs der Mitgliedstaaten der EU, kann z.B.
aus einem solchen Weißbuch ein Aktionsprogramm für die betroffenen Regionen der EU veranlassen.
KOM- und SEC-Dokumente: Hierbei handelt es sich um Dokumente, die die Kommission an den
Europäischen Rat und andere Gemeinschaftsorgane als Bestandteil des Entscheidungsfindungs- und
Gesetzgebungsprozesses der Gemeinschaft schickt. Sie erscheinen in Form von Memoranden, Berichten
oder anderen schriftlichen Mitteilungen oder in Form von Gesetzesvorlagen. KOM-Dokumente beinhalten
Gesetzesvorschläge, die entsprechenden vorbereitenden Dokumente und sonstige Mitteilungen. SEKDokumente sind interne Dokumente, die mit den Entscheidungsprozessen und der allgemeinen
Funktionsweise der Kommissionsdienststellen zusammenhängen.
Richtlinie: Richtlinien müssen von den Mitgliedstaaten erst in nationales Recht, also verbindliche
innerstaatliche Rechtsvorschriften, umgesetzt werden. Sie besitzen dabei einen gewissen Gestaltungsspielraum, um den jeweiligen nationalen Besonderheiten Rechnung tragen zu können. Eine Richtlinie legt
Ziele sowie einen Zeitrahmen für deren Umsetzung fest. Im Laufe der Jahre hat das EU-Gericht für viele
Richtlinien entschieden, dass sie direkt anzuwenden sind und zusätzlich bestimmt, dass Länder verpflichtet
werden können, Entschädigungszahlungen zu leisten, wenn eine Richtlinie nicht gemäß der Zeitvorgabe
implementiert wurde.
Verordnung: Verordnungen gelten nach ihrer Verabschiedung direkt in allen EU-Mitgliedstaaten. Während
Richtlinien erst in Landesgesetze umgesetzt werden müssen, ist eine Verordnung unmittelbar verbindlich. Es
ist verboten, EU-Verordnungen zu ändern, wenn sie in die nationale Gesetzgebung Eingang finden. Auf
diese Weise dient wird eine einheitliche Anwendung des EU-Rechts in allen Mitgliedstaaten gewährleistet.
Entscheidung: Eine EU-Entscheidung ist verbindlich für Personen, Unternehmen oder Mitgliedsstaaten, die
sie bezeichnet. Sie ist allerdings nicht allgemein verpflichtend, wie dies bei einer Verordnung der Fall ist. Die
Entscheidung dient der Regelung konkreter Sachverhalte gegenüber bestimmten Adressaten.
Empfehlung: Sie ist nicht nicht verbindlich, die Mitgliedsstaaten werden zu ihrer Erfüllung nur angehalten.
Ein Mitgliedsstaat kann für die Nicht-Beachtung einer Empfehlung nicht mit einer Strafe belegt werden.
Resolution: Eine Resolution ist ebenfalls eine nicht verbindliche Aussage, die Ziele definiert und politische
Erklärungen abgibt. Die Resolutionen des Europäischen Rats bestimmen die Richtung der zukünftigen
EU-Politik. Resolutionen können vom EU-Gericht zur Auslegung von Gesetzen herangezogen werden. Sie
gelten als eine Art “weiches Gesetz”.
15/116
Diese gesetzlichen Dokumente sind also die Grundlage für die Entwicklung und Umsetzung der EU-Politik.
Es gibt viele Gesetzeswerke, die die Süßwasseraquakultur beeinflussen. Im Folgenden sollen jedoch die
beiden Politikbereiche vorgestellt werden, die für diesen Sektor von der größten Relevanz sind:
•
Gemeinsame Fischereipolitik (GFP)
•
Umweltpolitik, mit einem Fokus auf Wasserpolitik
4.1. Gemeinsame Fischereipolitik (GFP)
Die Gemeinsame Fischereipolitik (GFP) ist das Steuerungsinstrument der Europäischen Union für die
Fischerei und Aquakultur. Ziel der Gemeinsamen Fischereipolitik ist die nachhaltige Nutzung aquatischer
Arten, die durch Vorsorgemaßnahmen geschützt und erhalten werden sollen. Die negativen Auswirkungen
der Fischerei auf die marinen Ökosysteme sollen so gering wie möglich zu halten. Weitere Ziele sind eine
rentable und wettbewerbsfähige Fischwirtschaft und Aquakultur, ein angemessener Lebensstandard für die
von der Fischerei abhängigen Menschen und die Wahrung der Verbraucherinteressen. Des Weiteren soll bei
der Bestandsbewirtschaftung stärker auf die Meeresökosysteme Rücksicht genommen werden.
Entsprechende Maßnahmen wurden in den folgenden Bereichen vereinbart:
•
Bestandserhaltung und Begrenzung der negativen Auswirkungen der Fischerei und Aquakultur auf
die Umwelt – Schutz der Fischbestände durch Festlegung der Fischmengen, die den Meeren
entnommen werden dürfen; Maßnahmen, damit junge Fische sich vermehren können; Schutz
empfindlicher Lebensräume; Kontrollen, damit die Maßnahmen auch eingehalten werden;
•
Strukturen – Unterstützung von Fischerei- und Aquakultursektor bei der Anpassung ihrer
Organisationsstrukturen und Ausrüstungen an die Beschränkungen, die sich aus der
Ressourcenknappheit und der Marktlage ergeben.
•
Märkte – Aufrechterhaltung einer gemeinsamen Marktorganisation für Fischereierzeugnisse und
Anpassung von Angebot und Nachfrage zum Nutzen der Erzeuger und Verbraucher;
Internationale Beziehungen – Abschluss von Fischereiabkommen und Verhandlungen auf
internationaler Ebene im Rahmen regionaler und internationaler Fischereiorganisationen über
gemeinsame Bestandserhaltungsmaßnahmen im Bereich der Hochseefischerei.
Seit dem Start der Integrierten Meerespolitik der EU im Jahr 2007, werden die Maßnahmen der GFP in
deren Rahmen umgesetzt. Der Name der verantwortlichen Generaldirektion in der Kommission ist 'Maritime
Angelegenheiten und Fischerei' (DG MARE). Allerdings liegt das Hauptaugenmerk der GFP auf der
Hochseefischerei. Die Aquakultur hat erst in den vergangenen Jahren eine größere Bedeutung erlangt.
Seitdem nimmt sie auch in der GFP und den oben beschrieben Bereichen eine immer wichtigere Rolle ein.
DG MARE verfasste 2002 ein KOM-Dokument bezüglich der Strategie zur nachhaltigen Entwicklung der
europäischen Aquakultur (COM(2002)511). Im Jahr 2007 begann DG MARE eine wechselseitige
Diskussion mit dem Aquakultursektor, um diese Strategie zu aktualisieren. Die Neue Strategie (COM(2009)
162) wurde im April 2009 veröffentlicht und liegt in allen Amtssprachen vor.
•
4.1.1. Strategie für die nachhaltige Entwicklung der europäischen Aquakultur
Die Strategie für eine nachhaltige Entwicklung der europäischen Aquakultur strebt folgende Ziele an:
•
Schaffung von langfristig sicheren Arbeitsplätzen, besonders in Regionen, die von der Fischerei
abhängig sind;
Im Hinblick auf die Verbraucher Sorge dafür tragen, dass Erzeugnisse zur Verfügung stehen, die
gesund, sicher und qualitativ hochwertig sind, sowie Förderung hoher Standards in der
Tiergesundheit und im Tierschutz.
Die Strategie sieht vor, die negativen Auswirkungen der Aquakultur auf die Umwelt zu verringern, indem eine
Reihe von Normen festgelegt und/oder freiwillige Vereinbarungen getroffen werden, die einer
Verschlechterung der Umweltsituation vorbeugen. Auf der anderen Seite sind die positiven Auswirkungen
bestimmter Entwicklungen in der Aquakultur auf die Umwelt anzuerkennen und zu unterstützen, auch mittels
finanzieller Anreize durch die öffentliche Hand.
Bezüglich der Konflikte zwischen Aquakultur und Umwelt identifizierte die Strategie folgende Bereiche:
•
•
Reduzierung der Abfallbelastung.
•
Kontrolle der Nachfrage nach Wildfängen als Besatzmaterial.
•
Bekämpfung der Auswirkungen, die durch entwichene Tiere, nichtheimische Arten und GVO
entstehen.
•
Integrierte Vermeidung und Bekämpfung der Umweltverschmutzung.
16/116
•
Spezifische Kriterien und Leitlinien für die Umweltverträglichkeitsstudien im Sektor Aquakultur.
•
Anerkennung und Stärkung der positiven Auswirkungen von extensiven Zuchttechniken und
Aufstockungsmaßnahmen.
•
Lösungen zur Bekämpfung der Dezimierung durch geschützte Wildarten.
Im Allgemeinen sind die Ziele der Strategie von 2002 noch immer gültig. Allerdings war auch eine
Überarbeitung gerechtfertigt. Dementsprechend initiierte die Kommission 2007 einen Konsultationsprozess
zur Aktualisierung der Aquakulturstrategie. Im April 2009 veröffentlichte die Kommission ein neues KOMDokument 'Auf dem Weg zu einer nachhaltigen Zukunft für die Aquakultur - Neuer Schwung für die Strategie
für die nachhaltige Entwicklung der europäischen Aquakultur'. Folgende Aspekte werden hier betont:
1. Umweltfreundliche Aquakultur: Die EU engagiert sich in hohem Maße für den Umweltschutz, und
die entsprechenden Gemeinschaftsvorschriften basieren auf dem Vorsorgeprinzip. Techniken für die
Reinigung der Gewässer durch die Beseitigung von Abfällen und Kontaminanten stehen bereits zur
Verfügung, und in den kommenden Jahren ist mit der weiteren Entwicklung neuer Technologien zur
Reduzierung der Abwässer zu rechnen. Von entscheidender Bedeutung ist auch die Einhaltung der
Vorschriften des EU-Wasserrechts, wodurch die für die Erzeugung von hochwertigen und sicheren
Lebensmitteln erforderliche Wasserqualität gewährleistet werden soll.
2. Tierhaltung: Optimale Haltungsbedingungen, gute Gesundheit und auf die physiologischen
Bedürfnisse der Zuchttiere abgestimmtes Futter sind wesentliche Voraussetzungen für optimales
Wachstum und optimale Produktionsleistung. Außerdem wirkt sich die artgerechte Haltung von
Zuchtfischen positiv auf das Ansehen der Aquakulturwirtschaft aus.
3. Gleichberechtigter Wettbewerb um geeignete Standorte: Der zunehmende Wettbewerb mit
Landwirtschaft, Industrie und Tourismus um den verfügbaren Raum stellt eine wesentliche
Herausforderung für die Weiterentwicklung, ja sogar die Erhaltung sämtlicher Formen der Aquakultur
dar. Die Standortwahl ist eine äußerst wichtige Entscheidung, bei der die Raumplanung eine
wesentliche Rolle spielt, indem sie Orientierungshilfen und zuverlässige Daten für die Ansiedlung
von Wirtschaftsbetrieben bereit stellt.
4. Schaffung der Voraussetzungen, damit die Aquakultur der Nachfrage nachkommen kann: Der
Aquakultursektor der EU sollte imstande sein, auf die Verbrauchernachfrage zu reagieren, sich
problemlos an veränderte Markterfordernisse anzupassen und mit den anderen Akteuren der
Vermarktungskette gleichgestellt zu interagieren. Entsprechend sollen im Rahmen der anstehenden
Reform der Marktpolitik für Fischerei- und Aquakulturerzeugnisse die Bedürfnisse des
Aquakultursektors insbesondere in Bezug auf Erzeugerorganisationen, brancheninterne
Beziehungen, Verbraucherinformation und Vermarktungsinstrumente wie die Kennzeichnung von
aquatischen Nahrungsmitteln bewertet und berücksichtigt werden.
5. Reduzierung des Verwaltungsaufwands: Für die Förderung der Entwicklung des Sektors ist es
wichtig, dass der Verwaltungsaufwand insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen reduziert
wird.
4.1.2. Europäischer Fischereifonds (EFF)
Bis 2006 war das wichtigste Finanzierungsinstrument zur Umsetzung der GFP das 'Finanzinstrument für die
Ausrichtung der Fischerei' (FIAF). Für den Zeitraum von 2007 bis 2013 wird stattdessen der Europäische
Fischereifonds (EFF) eine nachhaltige Fischerei und Aquakultur in Europa finanziell fördern.
Vorrangig werden die Fördermittel an in der Aquakultur, der Verarbeitung und Vermarktung tätigen Kleinund Kleinstunternehmen vergeben. Beihilfen für mittlere und einige große Unternehmen sind jedoch auch
möglich. Außerdem können auch Fischfarmer Ausgleichszahlungen erhalten, deren Betriebe sich in Natura
2000-Schutzgebieten befinden. Zuschüsse für die Binnenfischerei, Erzeugergemeinschaften und den Kauf
eines ersten gebrauchten Schiffes durch Jungfischer werden beibehalten.
Der Fonds hat eine Laufzeit von sieben Jahren, seine Mittelausstattung beläuft sich auf insgesamt rund 3,8
Mrd. Euro. Der EFF wird Mittel für alle Zweige der Fischwirtschaft – See- und Binnenfischerei,
Aquakulturbetriebe, Erzeugerorganisationen, den Verarbeitungs- und Vermarktungssektor – und für die
Fischereigebiete bereitstellen. Die Mitgliedstaaten können selbst entscheiden, wie sie die Finanzmittel auf
die einzelnen Prioritäten aufteilen wollen. Diese müssen allerdings als Basis einen Nationalen Strategischen
Plan (NSP) aufstellen. Inhaltlich sollte ein NSP folgende Bereiche abdecken:
•
Allgemeine Beschreibung des Sektors
•
SWOT-Analyse des Sektors und seiner Entwicklung
•
Ziele und Prioritäten der Mitgliedsstaaten bezüglich der nachhaltigen Entwicklung der Fischerei und
Aquakultur unter Einbeziehung der GFP
17/116
•
Finanzplanung zur Umsetzung der nationalen Strategie
•
Verfahrensweise zur Entwicklung, Durchführung und Überwachung der NSP
Finanzielle Unterstützung für Fischfarmer
Selbstverständlich müssen die nationalen Strategien und geplanten Maßnahmen mit den Zielen des
Europäischen Fischereifonds im Einklang stehen. Der EFF konzentriert sich auf die folgenden fünf
Förderprioritäten:
1. Anpassung der Kapazität der EU-Fangflotte
2. Aquakultur, Binnenfischerei sowie Verarbeitung und Vermarktung von Fischerei- und Aquakulturprodukten
3. Maßnahmen von gemeinsamem Interesse
4. Nachhaltige Entwicklung der Fischereigebiete
5. Technische Hilfe, um die Bereitstellung der Fördermittel zu erleichtern
Für Fischfarmer in der Süßwasseraquakultur sind die beiden wichtigsten sogenannten Prioritätsachsen die
Schwerpunkte 2 und 3.
Prioritätsachse 2 – Aquakultur, Binnenfischerei, Verarbeitung und Vermarktung von Fischerei- und
Aquakulturprodukten
Die Prioritätsachse 2 fördert folgende Maßnahmen im Bereich der Aquakultur:
Produktive Investitionen in der Aquakultur:
Der EFF kann Investitionen für den Bau, die Erweiterung, die Ausrüstung und die Modernisierung von
Produktionsanlagen unterstützen, insbesondere im Hinblick auf die Verbesserung der hygienischen
Bedingungen, den besseren Schutz der Gesundheit von Mensch und Tier. Die Verbesserung der Qualität
der Erzeugnisse oder die Verringerung der nachteiligen Auswirkungen auf die Umwelt steht ebenfalls im
Fokus. Die Investitionen sollen zum Erreichen von einem oder mehreren der folgenden Ziele beitragen:
a. Diversifizierung auf neue Arten und Erzeugung von Arten mit guten Marktaussichten;
b. Anwendung von Aquakulturmethoden, die gegenüber den üblichen Praktiken in der Aquakultur
deutlich geringere negative Auswirkungen oder deutlich positivere Auswirkungen auf die Umwelt
haben;
c. Unterstützung von traditionellen Aquakulturtätigkeiten, die für die Erhaltung und Verbesserung des
wirtschaftlichen und sozialen Gefüges als auch der Umwelt von Bedeutung sind;
d. Unterstützung für den Erwerb von Ausrüstungen zum Schutz der Zuchtanlagen gegen wild lebende
Raubtiere;
e. Verbesserung der Arbeits- und Sicherheitsbedingungen von in der Aquakultur tätigen Personen
Umweltschutzmaßnahmen in der Aquakultur: Der EFF kann Ausgleichszahlungen für die Anwendung
von Produktionsmethoden in der Aquakultur gewähren, die zum Schutz und zur Verbesserung der Umwelt
und zur Erhaltung der Natur beitragen. Voraussetzung ist jedoch, sie gehen über die einfache Anwendung
der allgemein üblichen guten Aquakulturpraxis hinaus. Der Begünstigte muss sich außerdem für mindestens
fünf Jahre zu Umweltschutzmaßnahmen in der Aquakultur verpflichten.
Förderfähig sind zum Beispiel Formen der Aquakultur, die den Schutz und die Verbesserung der Umwelt
und natürlichen Ressourcen, der genetischen Vielfalt und die Erhaltung der Landschaft und traditioneller
Merkmale der Aquakulturgebiete einbeziehen. Um diese Unterstützung zu erhalten, muss der Nutzen dieser
Verpflichtungen für die Umwelt durch eine vorherige Bewertung nachgewiesen werden, die von den vom
betreffenden Mitgliedstaat benannten zuständigen Stellen durchgeführt wird.
Außerdem will die Kommission die Fischfarmer dazu ermutigen, am Gemeinschaftssystem für das
Umweltmanagement und Umweltbetriebsprüfung teilzunehmen, dass durch die sogenannte EMASVerordnung 2001 ins Leben gerufen wurde. Es sieht die freiwillige Beteiligung von Organisationen am
sogenannten Öko-Audit vor (Englisch: Eco Management and Audit Scheme - EMAS).
Gesundheitspolitische Maßnahmen: Diese Maßnahmen betreffen hauptsächlich die Muschelzüchter und
sichern diese gegen die wirtschaftlichen Auswirkungen ab, die aus einer vorübergehenden Einstellung der
Ernte von Zuchtmuscheln resultieren (z.B. schädliche Algenblüten).
Veterinärmaßnahmen: Der EFF kann sich an der Finanzierung zur Eindämmung und Beseitigung von
Krankheiten in der Aquakultur beteiligen.
Es existieren innerhalb der Prioritätsachse 2 noch einige andere Maßnahmen, die nicht direkt Fischfarmer in
der Süßwasseraquakultur betreffen, die aber in einigen Fällen trotzdem von Interesse sein können.
18/116
Binnenfischerei: Förderfähige Maßnahmen:
•
Beihilfen für die Binnenfischerei und Eisfischerei (ähnlich FIAF)
•
Beihilfe für die Umstellung von Fahrzeugen der Binnenfischerei auf andere Tätigkeiten als die
Fischerei
•
Vorübergehende Einstellung der Fischerei
Verarbeitung und Vermarktung: Förderfähige Maßnahmen:
•
Verbesserung von Arbeits-, Gesundheits-, Hygienebedingungen und der Qualität der Erzeugnisse
•
Verringerung der negativen Auswirkungen auf die Umwelt
•
Herstellung hochwertiger Erzeugnisse für Nischenmarkte
•
Bessere Nutzung von wenig verwerteten Arten, Nebenerzeugnissen und Abfällen
•
Herstellung oder Vermarktung neuer Erzeugnisse, Anwendung neuer Technologien, Entwicklung
innovativer Produktionsmethoden
•
Vermarktung von Erzeugnissen, die hauptsachlich aus örtlichen Anlandungen und der örtlichen
Aquakultur stammen
•
Lebenslanges Lernen
Prioritätsachse 3 – Maßnahmen von gemeinsamem Interesse
Innerhalb der Prioritätsachse 3 kann der EFF Maßnahmen mit einer größeren Tragweite als die von der
Privatwirtschaft üblicherweise durchgeführten Maßnahmen unterstützen, die zur Verwirklichung der Ziele der
GFP beitragen. Träger dieser Maßnahmen können private Wirtschaftsbeteiligte, im Namen der Erzeuger
tätige oder andere anerkannte Organisationen sein, sofern sie im allgemeinen Interesse tätig sind.
Förderungswürdige Maßnahmen sind:
•
Kollektive Maßnahmen
•
Schutz und Entwicklung der Wasserfauna und -flora
•
Fischereihäfen, Anlandestellen und Fischereischutzhäfen
•
Erschließung neuer Absatzmärkte und Ausarbeitung von Werbekampagnen
•
Pilotprojekte, die von einem Wirtschaftsakteur, einem anerkannten Berufsverband oder einer
anderen vom Mitgliedsstaat zu diesem Zweck benannten einschlägigen Einrichtung in Partnerschaft
mit einer wissenschaftlichen oder technischen Stelle durchgeführt werden
•
Umbau von Fischereifahrzeugen zur anderweitigen Verwendung
Kollektive Maßnahmen, die im Zusammenhang mit Aquakultur stehen, können zum Beispiel folgende sein:
•
Verbesserung von Arbeitsbedingungen und Arbeitssicherheit
•
Transparenz der Märkte
•
Verbesserung der Qualität und Lebensmittelsicherheit
•
Entwicklung, Umstrukturierung und Verbesserung von Aquakulturanlagen
•
Entwicklung neuer Ausbildungsmethoden
•
Förderung der Partnerschaft zwischen Wissenschaftlern und Wirtschaftsbeteiligten
•
Förderung von Chancengleichheit
•
Gründung und Umstrukturierung von Erzeugergemeinschaften und Umsetzung ihrer Qualitätsverbesserungspläne
•
Durchführung von Machbarkeitsstudien über die Förderung von Partnerschaften mit Drittländern
4.2. Umweltpolitik, die auf die Entwicklung der Aquakultur wesentlichen Einfluss hat
Die Umweltpolitik der EU ist nichts Neues. Das derzeitige Umweltaktionsprogramm ist bereits das sechste in
der Reihe und beschreibt die Prioritäten der EU-Umweltpolitik für einen Zeitraum von zehn Jahren (20022012). In den vergangenen 30 Jahren wurden dank dieser Programme bereits viele Erfolge erzielt –
angefangen von einer besseren Luft- und Wasserqualität über die Ausweitung von Naturschutzgebieten,
eine bessere Abfallbehandlung, eine höhere Berücksichtigung von Umweltauswirkungen im Vorfeld von
Planungsentscheidungen bis hin zu umweltfreundlicheren Erzeugnissen. Große Herausforderungen stehen
jedoch noch an. Das sechste Umweltaktionsprogramm umfasst vier Prioritäten:
19/116
•
Klimawandel
•
Natur und Artenvielfalt
•
Umwelt, Gesundheit und Lebensqualität,
•
Natürliche Ressourcen und Abfälle.
Aus der Sicht eines Fischfarmers ist der Bereich des Naturschutzes und der Schutz der natürlichen
Ressourcen (wie z.B. Wasser) von größter Bedeutung. Im Folgenden sollen diese beiden Gebiete der EUUmweltpolitik vorgestellt werden.
4.2.1. Naturschutzpolitik: Natura 2000 – FFH- und Vogelschutzrichtlinie
Seit 1992 ruhen die Eckpfeiler der Naturschutzpolitik der EU auf zwei Gesetzeswerken – der Fauna-FloraHabitatrichtlinie (FFH-Richtlinie) und der Vogelschutzrichtlinie. Durch diese Richtlinien wird ein europäisches
ökologisches Netz von Schutzgebieten mit der Bezeichnung „Natura 2000" geschaffen. Beide Richtlinien sind
ein wesentlicher Beitrag zur Umsetzung des "Übereinkommens über die Biologische Vielfalt", das 1992 anlässlich
der Umweltkonferenz der Vereinten Nationen in Rio de Janeiro unterzeichnet wurde.
Das Ziel des Netzwerks Natura 2000 ist der länderübergreifende Schutz gefährdeter wildlebender
heimischer Pflanzen- und Tierarten und ihrer natürlichen Lebensräume innerhalb von Europa. Das Netzwerk
Natura 2000 setzt sich aus den 'Gebieten gemeinschaftlicher Bedeutung' (GGB) zusammen, die nach den im
Anhang der FFH-Richtlinie aufgelisteten 231 gefährdeten Lebensraumtypen und rund 900 Arten
ausgewiesen werden. Gleichermaßen umfasst es 'besondere Vogelschutzgebiete', die nach der
Vogelschutzrichtlinie Lebensraum für ca. 200 gefährdete wildlebende Vogelarten bieten.
Natura 2000 ist allerdings nicht nur ein Netz von Naturschutzgebieten, aus denen alle menschlichen
Tätigkeiten verbannt werden. Im Gegenteil: es wird anerkannt, dass der Mensch ein integraler Teil der Natur
ist. Tatsächlich sind viele Natura 2000-Schutzgebiete gerade wegen der Art und Weise, in der sie bis jetzt
bewirtschaftet wurden, schützenswert. Es wird auch in der Zukunft wichtig sein, sicher zu stellen, dass diese
Landnutzung (wie z.B. die extensive Bewirtschaftung von Grünland) weitergeführt wird.
Auch andere Politikbereiche wurden durch die FFH- und Vogelschutzrichtlinie beeinflusst. Die kürzliche
Reform der Gemeinsamen Agrarpolitik im Jahre 2003 hat z.B. das komplexe System produktionsgebundener Direktzahlungen auf betriebsbezogene entkoppelte, d.h. produktionsunabhängige
Direktzahlungen ("Betriebsprämien") umgestellt, die sich u.a. auch an die Erfüllung von Umweltauflagen
richten. Ähnliche Prinzipien wurden auch in die Gemeinsame Fischereipolitik aufgenommen. Es werden z.B.
Fischfarmer unterstützt, die die Anforderungen von Natura 2000 bei der wirtschaftlichen Nutzung einhalten.
Die beiden Richtlinien schreiben außerdem vor, dass innerhalb von Natura 2000-Gebieten schädigende
Aktivitäten zu vermeiden sind, die die geschützten Arten wesentlich stören oder die Lebensräume wesentlich
beeinträchtigen könnten. Wenn nötig, müssen Maßnahmen getroffen werden, um die Lebensräume und
Lebensbedingungen für die geschützten Arten wiederherzustellen.
4.2.2. Wasserrahmenrichtlinie und Süßwasseraquakultur
Im Jahr 2000 wurde die EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) verabschiedet. Die Wasserrahmenrichtlinie
dehnt den Wasserschutz auf alle Gewässer aus und legt klare Ziele fest, um zu gewährleisten, dass bis zum
Jahr 2015 ein „guter Gewässerzustand“ für alle europäischen Gewässer sowie eine nachhaltige
Wassernutzung erreicht wird. Dieses neue, alles umspannende System kommt gerade zur rechten Zeit, da
die europäischen Wasserressourcen zunehmenden Belastungen ausgesetzt sind.
Die Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie bringt für die Kommission, Mitgliedsstaaten, Beitrittsstaaten,
Länder des Europäischen Wirtschaftsraumes sowie für die Interessengruppen und Nichtregierungsorganisationen eine Vielzahl von Herausforderungen technischer Art mit sich. Zum Beispiel gehen die
Einzugsgebiete vieler europäischen Flüsse (Rhein, Elbe, Donau, etc.) über Staatsgrenzen hinweg.
Entsprechend ist eine internationale Kooperation und eine gute Koordination aller Beteiligten von
entscheidender Bedeutung für die erfolgreiche Umsetzung der Richtlinie.
Die wichtigsten Ziele, die durch die WRRL, erreicht werden sollen, sind die folgenden:
•
Ausweitung des Wasserschutzes auf alle Gewässer – Flüsse, Seen, Küstengewässer und
Grundwasser
•
Erreichen eines “guten Gewässerzustands” für alle Gewässer bis 2015
•
Erstellung eines Bewirtschaftungssystems für grenzüberschreitende Flusseinzugsgebiete
•
"Kombinierter Ansatz" zur Kontrolle der Umweltverschmutzung: größtmögliche Reduzierung von
Schadstoffemissionen und Setzen eines Mindestqualitätsstandard
•
Wasserpreisgestaltung und Sicherstellung des Verursacherprinzips.
20/116
•
Stärkere Einbindung und Beteiligung aller Betroffenen
•
Gesetzesvereinfachungen
Um das Ziel des länderübergreifenden Gewässerschutzes zu erreichen, müssen alle Partner im
Einzugsgebiet eines Flusses – der natürlichen, geologischen und hydrologischen Einheit – ihre
Wasserressourcen in enger Zusammenarbeit bewirtschaften. Die EU hat hier z.B. aus der Erfahrung gelernt,
die in verschiedenen Regionen innerhalb Europas wie beispielsweise im Rheingebiet, an der Maas oder der
Schelde gesammelt wurde, wo bereits eine langjährige Tradition internationaler Kooperation besteht. Im
Rahmen der WRRL soll nun für jedes nationale genauso wie für jedes länderübergreifende
Flusseinzugsgebiet ein gemeinsamer Bewirtschaftungsplan aufgestellt und alle sechs Jahre aktualisiert
werden.
Um eine europaweit einheitliche Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie zu gewährleisten, haben die
Mitgliedstaaten, Norwegen und die Kommission bereits 2001 eine gemeinsame Einführungsstrategie für die
WRRL beschlossen. Diese Einführungsstrategie wird von den Mitgliedsstaaten regelmäßig aktualisiert. Für
den Zeitraum von 2007-2009 beinhaltet das Arbeitsprogramm die folgenden Schwerpunkte:
'Wasserrahmenrichtlinie und Landwirtschaft', 'Wasserrahmenrichtlinie und Hydromorphologie', 'Umweltziele,
Ausnahmen und wirtschaftliche Aspekte, 'Wasserknappheit und Dürre' sowie 'Biologisches und chemisches
Monitoring. Weiterhin ist ein Schwerpunkt 'Klimawandel' vorgesehen, der die Möglichkeiten, die die Richtlinie
bietet, nutzt, um die Wasserpolitik an die Folgen des Klimawandels anzupassen.
Den Kern der Wasserrahmenrichtlinie bilden die Umweltziele (Artikel 4). Sie geben den Rahmen für die
langfristige nachhaltige Gewässerbewirtschaftung auf der Grundlage eines hohen Schutzniveaus für die
Gewässerumwelt vor. Die allgemeinen Ziele der WRRL sind in Artikel 4.1 niedergelegt, die in allen
Oberflächengewässern und im Grundwasser erreicht werden sollen. Oberflächengewässer z. B. sollten bis
2015 einen "guten ökologischen" und "guten chemischen" Zustand erreichen. Sie dürfen sich außerdem in
Zukunft gegenüber einem guten ökologischen und chemischen Zustand nicht verschlechtern. Allerdings
werden auch verschiedene Ausnahmen von den Zielen des Artikels 4.1 beschrieben, die von der
Verwirklichung weniger strenger Ziele bis zu mittel- und langfristigen Abänderungen der Regel des 'guten
Zustands bis 2015' reichen. Diesen Ausnahmen ist jedoch gemeinsam, dass strenge Bedingungen erfüllt
sein müssen und der Bewirtschaftungsplan für das Einzugsgebiet eine entsprechende Begründung enthalten
muss.
Mit der von der WRRL vorgesehenen sogenannten 'Interkalibrierung' soll eine Vergleichbarkeit der
Ergebnisse der in den Mitgliedstaaten zu implementierenden biologischen Gewässerüberwachung
sichergestellt werden. Die Einstufung des ökologischen Zustands der Gewässer erfolgt in fünf Klassen: sehr
gut, gut, mäßig, unbefriedigend und schlecht.
21/116
Marktchancen
5.
Hohe Produktqualität und neue Geschäftsfelder – Marktchancen für
Fischprodukte höchster Qualität und Sekundärprodukte
Eine hohe Produktqualität ist heutzutage die Voraussetzung, um sich gegen die wachsende Konkurrenz auf
dem Fischmarkt behaupten zu können. Für die Verbraucher wird es immer wichtiger, wie der Fisch
produziert wird und welche Futtermittel dabei eingesetzt werden. Die Anforderungen an die
Lebensmittelsicherheit und Rückverfolgbarkeit der Fischprodukte werden durch alle Stufen der Herstellung,
der Verarbeitung und des Vertriebs hinweg durch die Gesetzgebung der EU genau vorgeschrieben. Die
meisten Supermarktketten stellen dementsprechend hohe und strenge Anforderungen an die Herstellung
und Qualität von Fischprodukten, um den Ansprüchen der Verbraucher und den gesetzlichen Anforderungen
gerecht zu werden. Um Fisch über diesen eminent wichtigen Absatzweg verkaufen zu können, müssen die
Erzeuger entsprechend hohen Qualitätsanforderungen genügen.
Auf der anderen Seite schafft das ständig wechselnde ökonomische und gesellschaftliche Umfeld unserer
Zeit stets neue Märkte, auch für Nebenprodukte aus der Aquakultur. Fischzüchter müssen neue Wege
gehen, um diese Nebenprodukte ökonomisch effizienter zu nutzen. Wenn diese alternativen und rasant
wachsenden Märkte parallel zum Hauptabsatzmarkt von qualitativ hochwertigen Fischprodukten erschlossen
werden, könnten die europäischen Fischzüchter ihre ökonomische Nachhaltigkeit steigern und zugleich ihre
Wettbewerbsfähigkeit gegenüber der internationalen Konkurrenz verbessern, insbesondere gegenüber den
Billigimporten aus Asien.
Eines der Hauptziele von SustainAqua ist deswegen, den Einfluss unterschiedlicher Zuchtbedingungen und
Fütterungssysteme auf die Fischqualität zu untersuchen. Außerdem sollten potenzielle Märkte für
verschiedene Nebenprodukte aus Aquakultur analysiert werden.
In der polnischen Fallstudie wurde deshalb in drei verschiedenen Zuchtsystemen erforscht, welche Auswirkungen
die Fütterung sowie die Zucht in Polykultur oder Monokultur auf die Qualität von Karpfen haben. In den
Fallstudien in der Schweiz und in Ungarn wurde das Marktpotenzial von verschiedenen Nebenprodukten auf
dem boomenden Kosmetik- und Bioenergiemarkt analysiert: Hydrokulturpflanzen und tropische Früchte aus
dem Tropenhauses in der Schweiz für die Naturkosmetikindustrie sowie verschiedene Feuchtbiotopspflanzen aus der ungarischen Fallstudie für die Verwendung in der Bioenergieindustrie.
5.1. Produktqualität – die polnische Fallstudie
Der Ausdruck “Fischqualität” setzt sich aus einer komplexen Sammlung von Eigenschaften zusammen, die
von verschiedensten Faktoren beeinflusst werden. Er umfasst: Erscheinungsbild (z.B. Farbe), Nährwert
(Zusammensetzung, z.B. Fettsäuren, Fett), organoleptische Eigenschaften (Geschmack, Aroma, Geruch,
Textur), Frische und Sicherheit (Anteil an Giftstoffen, Schwermetallen, Chemikalien, Pathogenen, etc.).
Mit Hilfe von Verbrauchertests, sensorischer Prüfung mit geschulten Testpersonen sowie chemischen
Analysen von Protein, Fett und Fettsäuren wurden der Einfluss unterschiedlicher Zuchtbedingungen und
Fütterungssysteme auf Qualität und Geschmack von Karpfen analysiert.
Folgende Fragen sollten beantwortet werden:
•
Gibt es einen Unterschied in Geschmack und Qualität, wenn Karpfen in Polykultur oder Monokultur
gehalten wird (z. B. durch Nutzen eines anderen Nahrungsspektrums)?
•
Gibt es einen Unterschied in Geschmack und Qualität, wenn Karpfen mit Getreide (Mais oder
Weizen) gefüttert wird oder wenn natürliches Futter (Plankton), das sich im Teich entwickelt, genutzt
wird?
Die Untersuchung konzentrierte sich auf Karpfen (Cyprinus carpio), die wichtigste in Polen gezüchtete
Fischart. Folgende Fischproben wurden analysiert:
1.
2.
3.
Karpfen, gezüchtet in traditioneller Monokultur – Fütterung mit Getreide
Karpfen, gezüchtet in traditioneller Polykultur – natürliche Fütterung (durch Düngung, siehe
Kapitel 7)
Karpfen, gezüchtet in Monokultur – natürliche Fütterung (durch Düngung, siehe Kapitel 7)
Außerdem wurde Marmorkarpfen (Hypophthalmichthys nobilis) aus Polykultur mit natürlicher Fütterung
analysiert, um dessen Geschmack und hohe Qualität zu beweisen und eine höhere Verbraucherakzeptanz
zu erreichen. Derzeit bestehen einige Vorurteile von Verbrauchern gegenüber dieser Art. Der
Marmorkarpfen soll einen schlechteren Geschmack als der Karpfen haben. Entsprechend erreicht er zur Zeit
mit nur ca. 1€/kg wesentlich geringere Marktpreise.
Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass Karpfen mit natürlicher Fütterung einen weitaus
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Marktchancen
geringeren Fettgehalt aufweist als Karpfen, der mit Getreide gefüttert wurde. Beträchtliche Unterschiede
bestehen auch beim Fettsäuregehalt und -zusammensetzung. Karpfen mit natürlicher Fütterung hatte
höhere Anteile an mehrfach ungesättigten n-3 und n-6 Fettsäuren, die positive Auswirkungen auf die
menschliche Gesundheit haben sollen. Auch hinsichtlich der Verbraucherakzeptanz wurde Karpfen mit
natürlicher Fütterung wesentlich besser bewertet. Er punktete insbesondere bezüglich seines frischen
Geruchs und zarten Geschmacks. Keine Unterschiede hingegen konnten bezüglich der Zucht in Monokultur
oder Polykultur festgestellt werden.
Folglich hat die Fütterung einen wesentlich höheren Einfluss auf die sensorische und chemische Qualität als
das Zuchtsystem. Der Hauptfaktor, der den Fettgehalt, die Fettsäurezusammensetzung und die
organoleptischen Eigenschaften beeinflusst, ist das Futter, wie bereits auch frühere Studien gezeigt haben.
Ob Karpfen in Monokultur oder Polykultur gezüchtet wird, scheint keinen großen Einfluss auf die Qualität des
Fischs zu haben.
Außerdem zeigen die Ergebnisse der Studie, dass Marmorkarpfen sowohl hinsichtlich der sensorischen
Prüfung und Verbraucherakzeptanz als auch hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung gut
abschneidet. Er erreicht die gleichen, teilweise sogar bessere Werte als Karpfen.
5.2. Wasserreinigende Pflanzen für die Bioenergieindustrie – die ungarische Fallstudie
Das Potenzial der Nutzung von Biomasse für den boomenden Bioenergiesektor ist gewaltig.
Lignozellulosehaltige Nebenprodukte aus Aquakultur könnten eine nachhaltige Alternative bieten, aus
Biomasse Strom, Wärme und Kraftstoffe zu erzeugen. Die innovative Kombination von Aquakultur,
Wasseraufbereitung und Bioenergieerzeugung dient gleich zwei Zielen auf einmal:
1. Aquakulturfarmer profitieren gleich zweifach: Der Farmer spart Kosten für die Wasseraufbereitung
und erschließt durch den Verkauf eines neuen Produkts neue Einnahmequellen.
2. Die EU muss alle Flächenpotenziale für die Biomasseerzeugung nutzen, wenn die ambitionierten
Bioenergieziele erreicht werden sollen.
Korbweide in künstlichem Feuchtgebiet zur Wasseraufbereitung in Ungarn (Foto: AKVAPARK)
Potenziale
Im Rahmen von SustainAqua wurden Schilf (Phragmites australis), Rohrkolben (Typha latifolia/ angustifolia),
Pfahlrohr (Arundo donax) und Korbweide (Salix viminalis) hinsichtlich ihres Potenzials zur Bioenergieerzeugung untersucht. Die Pflanzen könnten z.B. für die Produktion von Hackschnitzel und Pellets zur
Wärme- und Stromerzeugung oder für die Herstellung von Bioethanol als Biotreibstoff auf Zellulosebasis für
den Transport dienen (siehe Tabelle 2).
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Marktchancen
Wassergehalt
- Kritischer Faktor, der den Heizwert bei der Verbrennung stark beeinflusst
- Je höher der Wassergehalt der Pflanze, desto geringer der Heizwert
Heizwert
- Menge der freigesetzten Energie in Form von Wärme bei der Verbrennung von 1 kg Holz
Zellwandpolysaccharide
- Pflanzenzellwände enthalten hauptsächlich drei verschiedene Polymere: Zellulose, Hemizellulose
und Lignin.
- Zellulose und Hemizellulose bestehen aus langen Zuckerketten, die sich in Treibstoff umwandeln
lassen, der z.B. als Bioethanol für den Transport verwendet werden kann.
- Den Anteil der Zuckerketten (Polysaccharide) zu kennen, ist wichtig, um das Potenzial der
Pflanze zur Produktion von Biotreibstoff zu bestimmen.
Tabelle 2: Analysen zur Bestimmung des Potenzials von wasserreinigenden Pflanzen zur Bioenergieerzeugung
Die Ergebnisse dieser Analysen beweisen das Potenzial der Pflanzen zur Erzeugung von Bioenergie. Die
Zahlen der Polysaccharidanalyse zeigen, dass die Produktion von Bioethanol aus Zellulose, insbesondere
von Pfahlrohr und Schilf, vielversprechend sein kann. Rohrkolben wies dagegen die besten Heizwerte auf.
Die Ergebnisse anderer internationaler Studien belegen das große Potenzial für alle vier getesteten
wasserreinigenden Pflanzen.
Allerdings muss man beachten, dass in einer Aquakultur das primäre Ziel beim Anbau dieser Pflanzen die
Aufbereitung von Ablaufwasser aus der Aquakultur ist. Die produzierte Biomasse soll natürlich als
Nebenprodukt für die Bioenergieerzeugung genutzt werden. Aber die Wasseraufbereitung wird immer die
Priorität bei der Nutzung von künstlichen Feuchtgebieten sein, nicht die Bioenergieproduktion. Diese
Rangfolge führt jedoch zu einigen Faktoren, die sich ungünstig auf die effiziente und kosteneffektive
Erzeugung von Biomasse für die Energienutzung auswirken können:
1. Die Standortbedingungen des künstlichen Feuchtgebiets bieten eventuell keine optimalen
Wachstumsbedingungen zur Produktion von Biomasse für die Energienutzung.
2. Der Zeitpunkt der Ernte ist essenziell für die optimale Verbrennungsqualität (am besten im Frühling).
3. Erntezyklen von zwei oder drei Jahren könnten den Heizwert der Pflanzen steigern.
Es muss also noch genau erforscht werden, auf welche Weise die Wasseraufbereitung und die Produktion
von Energiepflanzen möglichst effizient kombiniert werden können, um optimale Bedingungen zum
Erreichen beider Ziele zu schaffen.
Marktchancen
Die Ausgangsbedingungen für die Produktion von Biomasse zur Energiegewinnung sind zur Zeit sehr
günstig. Die ehrgeizigen Ziele der EU zur Steigerung des Anteils an Bioenergie im europäischen Energiemix
schaffen eine große Nachfrage für Biomasse in den kommenden Jahren. Dies ist auch eine einmalige
Chance für Fischzüchter, eine wertvolle zusätzliche Einnahmequelle zu erschließen, indem sie 'nebenbei'
produzierte Biomasse ihrer Aquakultur dazu nutzen, die boomende Bioenergieindustrie mit der dringend
benötigten Biomasse zu versorgen.
Korbweide (Salix viminalis) wird bereits zur Produktion von Hackschnitzeln zur Wärme- und Stromerzeugung
verwendet, z.B. in sogenannten Kurzumtriebsplantagen (KUP). Die Erfahrungen, die bereits mit
Kurzumtriebsplantagen gesammelt werden konnten, geben viele nützliche Hinweise für das genaue Design
der künstlichen Feuchtgebiete zur Anwendung in der Aquakultur. Um rentabel zu sein, sollte die Fläche
mindestens 1 ha groß und für Maschinen zugänglich sein sowie mindestens 8-11 t Trockenmasse im Jahr
produzieren.
Für die Nutzung der drei anderen Pflanzen der ungarischen Fallstudie, Schilf, Rohrkolben und Pfahlrohr
beginnt sich der Markt erst zu entwickeln. Allerdings wird hier bereits in der nahen Zukunft eine steigende
Nachfrage am Markt erwartet. Es wird erwartet, dass in den kommenden 3-5 Jahren die notwendigen
technischen und wirtschaftlichen Entwicklungen für einen funktionierenden Biomasse- und Bioenergiemarkt
in Europa erreicht werden. Diese Entwicklungszeit sollte dafür genutzt werden, die Bedingungen für die
Biomasseproduktion in Verbindung mit Aquakultur zu optimieren, wobei man das Primärziel der künstlichen
Feuchtgebiete, die Wasseraufbereitung und Nährstoffrückhaltung, nicht aus den Augen verlieren darf.
5.3. Hydrokulturpflanzen und tropische Früchte – die Schweizer Fallstudie
Hydrokulturpflanzen und Tropenfrüchte haben ein großes Potenzial zur Verwendung als nachwachsende
Rohstoffe in der Kosmetikindustrie. Die besondere Chance dieser Nebenprodukte liegt in der Vermarktung
der regionalen Herkunft und des umweltfreundlichen Herstellung dieser Erzeugnisse. Das ganzheitliche
Konzept des Tropenhauses ist hier ein einzigartiges Alleinstellungsmerkmal. Speziell Kleinere und Mittlere
Unternehmen (KMU) könnten großes Interesse daran haben, gemeinsam neue Produkte zu entwickeln, wie
z.B. Papaya- oder Guavencreme, wie dies im kleinen Maßstab im 'Tropenhaus' bereits erfolgt.
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Marktchancen
Potenziale
Im Rahmen von SustainAqua wurden Wasserlinse (Lemna sp.) – die auch ein mögliches Nebenprodukt der
ungarischen Fallstudie zur Wasseraufbereitung (siehe Kapitel 6.1) oder des polnischen Kaskadensystems
(siehe Kapitel 7.3) sein könnte – Wasserhyazinthe (Eichhornia crassipes), Guave (Psidium sp.) und Papaya
(Carica papaya) analysiert. Bei den tropischen Früchten wurden Früchte von niedriger oder mittlerer Qualität
untersucht, die am Obstmarkt nicht als erstklassige Produkte verkauft werden können. Da es nicht möglich
war, neue Bestandteile oder die gesamte chemische Zusammensetzung aller gewählter Pflanzen zu
bestimmen, wurden die bekannten wertvollen Bestandteile der Pflanzen auf ihre Konzentration hin
untersucht (siehe Tabelle 3):
Pektine
- Wasserlinsen sind reich an einem Lemna-spezifischen Pektin (Apiogalaktoronan/ Lemnan)
- Außerordentliche Eigenschaften im Vergleich mit herkömmlichen Pektin (aus Äpfeln)
- Könnte zur Behandlung von Symptomen von Hautalterung und -entzündungen eingesetzt werden
Carotenoide,
Lycopin
- Guave und Papaya sind beide reich an bioaktiven Substanzen
- ß- Karotin und Lycopin sind für ihre positiven Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit
bekannt
Polyphenole
- Guave hat antioxidative Eigenschaften, die auf ihre Polyphenol-Anteile zurückgeführt werden
- Wasserhyazinthe, mit ihrem Polyphenolanteil, kann die Haut gegen schädliche Auswirkungen
von Schwermetallen schützen und die Zellatmung verbessern.
- Wasserhyazinthe könnte auch zur Phytoremediation geeignet sein, da sie Schwermetalle und
toxische Materialien aus Abwässern absorbiert.
Tabelle 3: Analysen zur Bestimmung des Potenzials von Hydrokulturpflanzen und Tropenfrüchten für die
Kosmetikindustrie
Die Ergebnisse dieser Analysen zeigen, dass die Nebenprodukte aus der Aquakultur des 'Tropenhauses' im
Vergleich mit anderen Pflanzen keine höhere Konzentration der untersuchten Substanzen enthalten.
Allerdings könnte der Mehrwert für die Kosmetikindustrie, diese Produkte zu nutzen, in dem holistischen und
ökologischen Ansatz bestehen, der im 'Tropenhaus' oder anderen nachhaltigen Aquakulturen verfolgt wird.
Ein so einmaliges Alleinstellungsmerkmal könnte für bestimmte Branchen in der Industrie ein verkaufsförderndes Argument sein, besonders in der Naturkosmetik.
Marktchancen
Die derzeitige Entwicklung auf dem Kosmetikmarkt, speziell in der Naturkosmetik, sind sehr günstig für die
Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen aus der Aquakultur:
•
Starkes Marktwachstum von bis zu 20% in der Naturkosmetikbranche
Der weltweite Verkauf von Naturkosmetikartikeln steigt stetig, mit Erträgen von beinahe 5 Milliarden € im
Jahr 2006. Europa ist dabei eine wesentliche Wachstumsmaschine mit Wachstumsraten von über 20%
und mit Verkaufszahlen von 1,1 Milliarden €. Deutschland, gefolgt von Österreich und der Schweiz, ist in
diesem Marktsegment mit Abstand das führende Land: In Deutschland wurden im Jahr 2006
Verkaufszahlen von 650 Millionen € registriert. Der Marktanteil am gesamten Kosmetikmarkt wird
voraussichtlich von derzeit 6% auf 10% bis zum Jahr 2012 steigen. Allerdings wächst der französische
Markt am schnellsten, mit einer Wachstumsrate von 40% im Jahr 2005.
•
Dominanz von innovativen KMUs
In Europa ist die Angebotsseite des Marktes stark fragmentiert und wird von kleinen und mittleren
Unternehmen beherrscht: über 400 KMUs stellen Naturkosmetikartikel her.
•
Hohe Innovationsfähigkeit des Sektors: ständige Entwicklung und Einführung neuer Produkte
Die Kosmetikindustrie lebt von ihrer Innovationsfähigkeit und ihren zahlreichen Produktneuentwicklungen. Innovation ist unabdingbar, um die Leistung, Sicherheit und die Umweltauswirkungen
der Produkte zu verbessern. Die Unternehmen experimentieren zunehmend mit natürlichen
Inhaltsstoffen und rücken von synthetischen Chemieprodukten ab.
•
Produktpositionierung:
Erfolgreiches
Marketing
beruht
auf
klarer
Differenzierung
von
Konkurrenzprodukten
Ein entscheidender Erfolgsfaktor der Naturkosmetik ist die Positionierung ihrer Produkte. Gewinner am
Markt sind diejenigen Unternehmen, die ihre Produkte erfolgreich gegen Konkurrenzprodukte
abgrenzen. Dies gilt für Naturprodukte genauso wie für konventionelle Produkte.
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Fallstudie in Ungarn
6.
Reinigung des Ablaufwassers intensiver Aquakulturen durch
Feuchtgebiete und extensive Fischteiche – Fallstudie in Ungarn
6.1. Künstliche Feuchtgebiete als eine nachhaltige Methode zur Behandlung des
Ablaufwassers von Fischzuchten und zur Produktion wertvoller Biomasse
6.1.1. Allgemeine Beschreibung
Das Erreichen und Erhalten einer guten Wasserqualität in natürlichen Gewässern ist ein wichtiges Ziel
sowohl europäischer und nationaler Gesetze als auch von Nichtregierungsorganisationen, weil die Qualität
und Quantität der Süßwasserressourcen ein Schlüsselfaktor für gesundes menschliches Leben sind. Durch
Ablaufwässer von Fischzuchten können die natürlichen Ökosysteme eutrophiert und beeinträchtigt werden.
Darüber hinaus ist die Abwasserabgabe in Ungarn eine wesentliche Kostengröße. Dadurch werden die
Produzenten gezwungen, wirksame und kosteneffiziente Behandlungsverfahren zu finden.
In den letzten Jahrzehnten wurden künstliche Feuchtgebiete als eine wirksame Methode zur
Abwasserbehandlung wiederentdeckt. In Feuchtgebieten wird die Nährstofffracht über geeignete Pflanzen
und natürliche Prozesse reduziert. Schwebstoffe setzen sich ab und gelöste Nährstoffe werden durch die
Organismen des Feuchtgebietes aufgenommen. Durch die Kombination verschiedener Feuchtgebietstypen,
wie Schönungsteiche, Fischteiche und Pflanzenteiche, kann die Nährstoffretention verbessert werden. Durch
die Wahl geeigneter Fisch- und Pflanzenarten können die Nährstoffe dabei sogar in vermarktbare
Nebenprodukte umgewandelt werden. Durch den Fischbesatz kann ein Anteil der Nährstoffe im
Ablaufwasser für den Aufbau von Fischfleisch genutzt werden. Zugleich sichern die notwendigen
Sauerstoffgehalte adäquate Bedingungen für aerobe Prozesse. In den Makrophytenteichen nehmen
geeignete Pflanzenarten bemerkenswerte Mengen von Nährstoffen für die Biomasseproduktion auf. Die
Pflanzen können zur Bereitstellung von regenerativer Energie genutzt werden.
6.1.2. Grundprinzipien der Fallstudie
Die Anlage zur Zucht von afrikanischem Wels, deren Ablaufwasser in diesem Modul geklärt werden sollen,
liegt auf dem Gebiet der Versuchsteichanlage des Forschungsinstitutes für Fischerei, Aquakultur und
Bewässerung (HAKI) in Szarvas, Ungarn. Die künstlichen Feuchtgebiete im Pilotmaßstab umfassen 1,1 ha
(Subsystem 'A') und 0,4 ha (Subsystem 'B') und wurden angelegt, um das Ablaufwasser der intensiven
Durchflusssystems zur Produktion afrikanischer Welse zu behandeln. Die Feuchtgebiete werden durch die
Kombination eines Schönungsteiches, eines Fischteiches und von Makrophytenteichen gebildet. Die Teiche
wurden mit Wasser aus einem nahen Altarm des Körös-Flusses zu Beginn der Betriebsperiode bespannt
(Mai 2007, Februar 2008). Ein Schema dieses Moduls ist in Abbildung 4 dargestellt.
Das Ablaufwasser der Welsfarm
Subsystem ’B’
Subsystem ’A’
wurde
zunächst
in
einen
Schönungsteich eingeleitet, der
durch einen Schaufelradbelüfter
2
mit Sauerstoff versorgt und wo
A_SP
B_SP 1387 m
zusätzliches Flusswasser hinzu2
3072 m
gefügt wurde. Das Wasser vom
Schönungsteich wurde dann in
2
B_FP 1380 m
den Fischteich eingeleitet, in dem
A_FP
eine
gewisse
Menge
der
Nährstoffe in der Fischbiomasse
2
3072 m
B_SA
B_AR
zurückgehalten wurde. Daran
anschließend floss das Ablaufwasser in vier als Horizontalfilter
ausgebildete künstliche FeuchtB_SAi
B_TAi
gebiete, die mit verschiedenen
A_PH
A_TY
Energiepflanzen bepflanzt waren:
Schilf (Phragmites australis),
Durchflussschmalund
breitblättriger
2
2
system für
2288m
2728m
Rohrkolben (Typha latifolia und
Schönungsteich
Afrikanischen
Fischteich
T. angustifolia), Korbweide (Salix
Makrophytenteich
Wels
viminalis), Pfahlrohr (Arundo
Bewässerung
donax) und Salzzeder (Tamarix
Abb. 4: Schematische Darstellung des Entwurfs der ACS-Fallstudie
tetrandra) (siehe Tabelle 4).
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Zwei zusätzliche Flächen wurden 2008 mit dem Teilsystem 'B' verbunden. Diese Flächen wurden nicht
überstaut, sondern nur bewässert, um die Salztoleranz der Energieweide und der Salzzeder untersuchen zu
können.
Zusammengefasst wurden die folgenden Prinzipien in diesem Modul angewendet:
•
Retentionszeit: Die berechnete hydraulische Retentionszeit betrug 18 Tage in jedem Feuchtgebiet.
•
Wassertiefe: Die mittlere Wassertiefe betrug 1,20 m in den Schönungsteichen und Fischteichen und
0,50 m in den Makrophytenteichen.
•
Fischbesatz: Die Teiche wurden im April und Mai mit einer Polykultur und einer Dichte von 900 kg/ha
besetzt: 35% Karpfen (Cyprinus carpio), 60% Silberkarpfen (Hypophthalmichthys molitrix) und 5%
Graskarpfen (Ctenopharyngodon idella). Dieses Fischartenspektrum wurde nach dem Ziel der
Behandlung des Ablaufwassers so gewählt, dass möglichst viele Nährstoffe als Nahrung genutzt
werden konnten.
•
Fütterung: Auf die zusätzliche Gabe von Futter wurde vollständig verzichtet.
•
Abfischung: Die Fischteiche wurden im November abgefischt, das Wasser abgelassen und der
Teichboden von November bis Februar trocken gelegt.
Einheit
Fläche
Wassertiefe
Art
Anmerkungen
A_SP
3 072 m
2
1.2 m
Wasserlinse (Lemna sp.)
Regelmäßig entfernt
A_FP
3 072 m
2
1.2 m
Karpfen-Polykultur
Besatz im April
Abfischung im November
A_PH
2 288 m
2
0.5 m
Schilf (Phragmites australis),
Wasserlinse
Geerntet im November
A_TY
2 728 m
2
0.5 m
Rohrkolben (Typha latifolia, T.
angustifolia)
Geerntet im November
B_SP
1 387 m
2
1.2 m
Wasserlinse (Lemna sp.)
Regelmäßig entfernt
B_FP
1 380 m
2
1.2 m
Karpfen-Polykultur
Besatz im April
Abfischung im November
B_SA
683 m
2
0.5 m
Korbweide (Salix viminalis),
Rohrkolben (Typha sp.)
Gepflanzt 2006, unzureichendes Wachstum der
Weide, Ausbreitung von Rohrkolben
B_AR
683 m
2
0.5 m
Pfahlrohr (Arundo donax),
Rohrkolben (Typha sp.)
Gepflanzt 2006, unzureichendes Wachstum des
Pfahlrohrs, Ausbreitung von Rohrkolben
B_SAi
683 m
2
Nicht
anwendbar
Korbweide (Salix viminalis)
Gepflanzt 2007, bewässert mit dem
Ablaufwasser des Fischteichs (B_FP)
B_TAi
683 m
2
Nicht
anwendbar
Tamariske (Tamarix tetrandra)
Gepflanzt 2007, bewässert mit dem
Ablaufwasser des Fischteichs (B_FP)
Tabelle 4: Fischbesatz und Bepflanzung in den verschiedenen Versuchseinheiten
6.1.3. Bewertung des Moduls anhand der SustainAqua-Nachhaltigkeitsindikatoren
Wasserzulauf/ Wasserablauf
Das in der Versuchsanlage genutzte Wasser kam aus den folgenden zwei Quellen:
•
Ablaufwasser aus der Zuchtanlage für afrikanischen Wels und
Frischwasser aus dem Fluss Körös, um die Teiche zu bespannen sowie zur Versorgung mit Sauerstoff
und Algen der Schönungsteiche während des Betriebs.
Die Teiche wurden erstmalig mit Wasser aus dem nahegelegenen Flussarm des Körös bespannt. Der
3
3
größte Teil des Flusswassers wurde während des Bespannens genutzt (13 829 m in 2007; 11 173 m in
3
3
2008); weitere 10 037 m wurden 2007 und 17 089 m 2008 während des Betriebs der Schönungsteiche
3
3
zugefügt. Der tägliche Wasserbedarf betrug im Mittel 65.6 m bzw. 69.5 m in 2007 und 2008. Die
theoretische tägliche Wassermenge wurde berechnet, da das Einlaufwasser nicht kontinuierlich zugefügt
wurde, sondern nur in Zeiten unzureichender Sauerstoffversorgung. Der spezifische Frischwasserbedarf
3
3
wurde für die Versuchsanlage mit 0.159 - 0.274 m Flusswasser je 1 m zu behandelndem Wasser
3
insgesamt berechnet (einschließlich des anfänglichen Bespannens der Teiche mit 0.279 - 0.453 m ).
Der Wasserabfluss wurde über den Auslauf der Makrophytenteiche kontrolliert. Während der Retentionszeit
wurde das Zulaufwasser durch Verdunstung und Versickerung reduziert. Dadurch war der Ablauf um 5557% geringer als das insgesamt zugeführte Wasservolumen.
•
27/116
Nährstoffverwertung
In der Summe betrug der Stickstoffaustrag während der Bewirtschaftungsperiode 2007 162 kg, was
1,05 kg/d für das Gesamtsystem entspricht. Im Ablaufwasser wurde weniger als 10% des Stickstoffs des
Zulaufwassers gemessen. Die Summe des Phosphoraustrags betrug 44,9 kg, entsprechend 0,29 kg/d; das
sind 27% im Vergleich zum Phosphoreintrag. Der Kohlenstoffgehalt der Wasserproben wurde berechnet als
die Hälfte der volatilen Schwebstoffe: der Austrag betrug 3 262 kg während des Betriebs, entsprechend 21,1
kg/d. Im Ablaufwasser wurden weniger als 8% der zulaufenden Kohlenstofffracht gefunden (siehe Tabelle 5).
N
P
C
Teich /
Feuchtgebiet
Zulauf
Ablauf
Reduktion
Zulauf
Ablauf
Reduktion
Zulauf
Ablauf
Reduktion
kg
kg
%
kg
kg
%
kg
kg
%
A_ST
1 167
722
38.1
117
95.1
18.7
1 930
1 307
32.2
A_FI
722
404
27.2 (44.0)
95.1
69.0
22.3 (27.4)
1 307
1 022
14.8 (21.9)
A_PH
207
77.4
11.1 (62.6)
35.6
20.5
12.9 (42.4)
526
325
10.4 (38.2)
A_TY
196
46.5
12.8 (76.3)
33.4
15.1
15.6 (54.8)
495
279
11.2 (43.6)
A_Ges.
1 167
124
89.4
117
35.6
69.6
1 930
605
68.7
B_ST
512
235
54.1
50.0
31.9
36.2
813
561
31.0
B_FI
235
114
23.6 (51.5)
31.9
18.8
26.1 (41.0)
561
374
23.0 (33.4)
B_SA
56.4
21.1
6.90 (62.6)
9.30
5.13
8.36 (44.9)
188
108
9.82 (42.5)
B_AR
58.1
17.0
8.03 (70.8)
9.55
4.13
10.8 (56.7)
186
79.4
13.1 (57.3)
B_Ges.
512
38.1
92.6
50.0
9.26
81.5
813
187
77.0
Gesamt
1 679
162
90.3
167
44.9
73.1
2 743
792
71.1
Tabelle 5: Zulauf, Ablauf und Reduktion der Nährstoffe in den Teichen und Feuchtgebieten zur Reinigung des
Ablaufwassers 2007 (ACS; in Klammern: Reduktion berechnet für den Teichzulauf).
N
P
C
Teich /
Feuchtgebiet
Zulauf
Ablauf
Reduktion
Zulauf
Ablauf
Reduktion
Zulauf
Ablauf
Reduktion
kg
kg
%
kg
kg
%
kg
kg
%
A_ST
1 352
865
36.0
152
95.9
37.0
2 646
1 304
50.7
A_FI
865
376
36.1 (56.5)
95.9
48.0
31.5 (49.9)
1 304
1 143
6.07 (12.3)
A_PH
184
41.9
10.5 (77.3)
23.7
15.5
5.36 (34.4)
562
161
15.2 (71.4)
A_TY
198
37.1
11.9 (81.2)
23.3
14.7
5.66 (36.9)
522
166
13.4 (68.1)
A_Ges.
1 352
79.0
94.2
152
30.2
80.1
2 646
327
87.6
B_ST
717
361
49.6
78.9
40.4
48.7
1 351
554
59.0
B_FI
361
184
24.7 (49.0)
40.4
19.3
26.7 (52.2)
554
503
3.78 (9.22)
B_SA
88.3
17.3
9.90 (80.4)
9.21
2.96
7.93 (67.9)
238
68.3
12.5 (71.3)
B_AR
99.0
19.5
11.1 (80.3)
9.78
3.97
7.36 (59.4)
257
80.1
13.1 (68.8)
B_Ges.
717
36.8
94.9
78.9
6.93
91.2
1 351
148
89.0
Gesamt
2 069
116
94.4
231
37.1
83.9
3 997
475
88.1
Tabelle 6: Zulauf, Ablauf und Reduktion der Nährstoffe in den Teichen und Feuchtgebieten zur Reinigung des
Ablaufwassers 2008 (ACS; in Klammern: Reduktion berechnet für den Teichzulauf).
Der absolute Stickstoffaustrag des Gesamtsystems beläuft sich auf 116 kg während des Betriebs 2008,
entsprechend 0,48 kg/d. Im Ablaufwasser wurde weniger als 6% des Stickstoffs des Zulaufes gemessen.
Die absolute Phosphormenge machte 37,1 kg aus, entsprechend 0,15 kg/d bzw. 16% des Zulaufes.
4 812 kg organischen Kohlenstoffs wurden während des Betriebs ausgetragen, entsprechend 19,7 kg/d. Im
Ablauf wurden damit weniger als 5% des organischen Kohlenstoffs im Vergleich zum Zulauf gefunden (siehe
Tabelle 6). Der Stickstoff- und Phosphoraustrag waren 2008 erheblich geringer als 2007, besonders die
täglichen Austragsraten waren fast 50% weniger als 2008. Der Austrag an organischem Kohlenstoff war,
entsprechend den täglichen Werten, in beiden Jahren gleich.
28/116
Nährstoff
Einheit
Zulauf
Ablauf
2007
2008
N
P
C
N
P
C
kg
1 679
167
2 743
2 069
231
3 997
Wasser
%
9.7
27
29
5.6
16
4.3
Wasser bei Abfischung
%
10
17
20
5.9
9.2
7.5
Fisch
%
1.0
1.8
3.5
0.99
1.7
2.3
Pflanzen
%
4.0
9.2
n.b.*
3.7
8.5
n.b.*
*nicht berechnet
Tabelle 7: Nährstoffaustrag und Nährstoffretention in sekundären Produkten
Ein Teil der Nährstoffe in diesem Modul wurde durch Fische und Pflanzen aufgenommen und auf diese
Weise für die Erzeugung von wertvollen Nebenprodukte genutzt werden. Ein vergleichbarer Anteil der
Nährstoffe im Zulaufwasser wurde in beiden Jahren in Fisch und Pflanzenbiomasse umgewandelt: 1,0%,
1,8% und 2,3-3,5% des zugeführten Stickstoffs, Phosphors und organischem Kohlenstoff wurden in dem
gefangenem Fisch und zusätzlich 3,7-4,0% Stickstoff und 8,5-9,2% Phosphor in den Energiepflanzen
gebunden (siehe Tabelle 7).
Energieeffizienz
Während des Betriebs des Versuchssystems wurde elektrische Energie benötigt, um das Zulaufwasser in
die Schönungsteiche zu pumpen (eine Pumpe mit 3,1 kW Leistung) sowie zum Mischen und Belüften des
Wassers (zwei Belüfter mit 0,75 kW Leistung). Der Energieverbrauch der elektrischen Pumpen und Belüfter
betrug 16 221 kWh 2007 und 16 997 kWh 2008. Wenn es möglich ist, das zu behandelnde Ablaufwasser im
freien Gefälle dem künstlichen Feuchtgebiet zuzuführen, kann die Energie für das Pumpen entfallen. Der
3
spezifische Energieverbrauch für das zu behandelnde Ablaufwasser betrug 0,257 kWh/m 2007 und
3
0,273 kWh/m 2008. Etwa 48 l Brennstoff oder 487 kWh wurden für die Ernte und den Transport der
Biomasse benötigt.
2007
2008
Der
Brennwert
der
geernteten
kWh
MJ
kWh
MJ
Biomasse
betrug
81 728
MJ
(entsprechend 22 702 kWh) im Jahr Elektrischer Stromverbrauch
16 221 58 396 16 997 61 189
2007 und 359 207 MJ (entsprechend
davon: Pumpen des Zulaufwassers
10 714 38 570 9 077 32 677
99 780 kWh) 2008. Die Energiebilanz
davon: Belüftung
5 508 19 829 7,920 28 512
für das experimentelle System weist
Treibstoffverbrauch
487
1 754
487
1 754
einen um 6 000 kWh höheren Ertrag
als den Energieverbrauch im Jahr Effektiver Brennwert der Pflanzen
22 702 81 728 99 780 359 207
2007 auf. 2008 wurde sogar ein
Bilanz
5 994 21 578 82 296 296 263
Überschuss von 82 296 kWh erzielt
Tabelle 8: Energiebilanz des Moduls
(siehe Tabelle 8).
In dem System zur Behandlung des Ablaufwassers wurden Energiepflanzen als wertvolle Nebenprodukte
angebaut, die als erneuerbare Energiequelle genutzt werden können. Die Pflanzen in den Makrophytenteichen wurden im Dezember 2007 geerntet, das absolute Gewicht der Biomasse betrug 8 320 kg.
Die produzierte Pflanzenbiomasse wurde 2008 auf 40 900 kg geschätzt. Der Rohrkolben zeigte den
höchsten Zuwachs, während die Weiden die geringste Wachstumsrate aufwiesen. In den Teichen mit
Pfahlrohr und Weiden breitete sich angeflogener Rohrkolben aus und unterdrückte die Entwicklung der
anderen Pflanzenarten. Schilf hatte den höchsten Brennwert von im Mittel 11 372 J/g; Weiden wiesen einen
Wert von 9 699 J/g auf. Rohrkolben und Pfahlrohr wiesen vergleichsweise geringe Brennwerte von 9 214 J/g
bzw. 8 611 J/g auf.
Während der Jahreszeiten Herbst, Winter und Frühling verdoppelte sich der Brennwert für Schilf nahezu und
nahm für Rohrkolben um 45% zu, da der Wassergehalt abnahm. Die Ergebnisse zeigen, dass zwischen
März und April die beste Zeit für die Ernte der Feuchtgebietspflanzen ist, da dann der Wassergehalt am
geringsten und der Brennwert vergleichsweise hoch ist.
Arbeitsproduktivität
Bepflanzung, der tägliche Betrieb, die Ernte der Pflanzen und das Abfischen benötigte etwa 64, 176, 216
bzw. 32 Arbeitsstunden. Der gesamte Arbeitsaufwand für die Behandlung des Ablaufwassers betrug 488
Stunden, entsprechend 0,00778 Arbeitsstunden/m³ zu behandelndes Wasser.
29/116
6.1.4. Erfolgsfaktoren und Einschränkungen
Die Anlage zur Behandlung des Ablaufwassers aus der Produktion afrikanischer Welse zeigte signifikante
positive umweltrelevante und wirtschaftliche Ergebnisse:
•
Nährstoffrückgewinnung und -rückhalt: Durch die Anwendung des untersuchten Aufbereitungssystems konnte die Menge der emittierten Nährstoffe aus der intensiven Aquakultur um 1 300 kg
N/ha, 130 kg P/ha und 7 500 kg CSB/ha während der Betriebsperiode vom Februar bis November
2008 reduziert werden.
•
Fischproduktion: In den Fischteichen konnten im Mittel 1 458 kg/ha an Fischbiomasse mit Hilfe der
Naturnahrung produziert werden.
•
Produktion von Biomasse: 40 900 kg Pflanzenbiomasse wurden produziert, die als mögliche
erneuerbare Energiequelle genutzt werden können. Die Biomasse könnte die Verbrennung fossilen
Gases ersetzen und so jährlich die Emission von 11 250 kg CO2 vermeiden.
•
Positive Energiebilanz: Während des Betriebs des künstlichen Feuchtgebietes wurde weniger
Energie verbraucht als mit der Pflanzenbiomasse produziert werden konnte.
•
Die Entfernung von Nährstoffen aus dem Ablaufwasser der Fischzucht führte zu einer Reduktion
der Abwassergebühren und entlastet die Umwelt.
•
Geringere Kosten als bei herkömmlichen Wasseraufbereitungsanlagen.
•
Produktion vermarktbarer Beiprodukte erzeugt ein zusätzliches Einkommen.
Die Anwendung der Aufbereitungsmethode unterliegt jedoch einigen Einschränkungen:
•
Die klimatischen Bedingungen in Mittel- und Osteuropa beschränken den kontinuierlichen Betrieb
künstlicher Feuchtgebiete im Winter. Bei niedrigen Temperaturen (unter 15°C) wird empfohlen die
Belastung im Zulauf durch Verringerung der Konzentrationen (Filtern der suspendierten Feststoffe)
oder des Volumens (durch Speicherung) zu verringern.
•
Das Überstauen in den künstlichen Feuchtgebieten bei kontinuierlicher Wasserzugabe sichert
günstige Bedingungen für Schilf und Rohrkolben. Die offene Wasserfläche und die relativ geringe
Bodenschicht sind jedoch nicht optimal für das Wachstum von Weiden und Pfahlrohr. Feuchte,
tiefgründige und fruchtbare Böden bietet bevorzugte Bedingungen für die Produktion dieser Arten.
•
Die Anlage und der erfolgreiche Betrieb erfordert eine detaillierte Planung und eine kontinuierliche
Kontrolle der Wasserqualität in den Feuchtgebieten und des Sauerstoffgehaltes in den Fischteichen,
da eine zu hohe Belastung schwerwiegende Störungen des natürlichen Gleichgewichtes in den
Teichen als künstlichen Ökosystemen auslösen kann.
6.1.5. Vorteile der Anwendung
Die Umweltgesetzgebung zwingt die Fischzüchter, Nährstoffaustrag und Gewässerbelastungen zu
minimieren und nachhaltige Reinigungsmethoden zu verwenden. Die kombinierten künstlichen
Feuchtgebiete, wie hier vorgestellt, bieten eine angemessene Wasseraufbereitungsmethode, die in der Lage
ist, die Umweltstandards einzuhalten. Die Kosten für Anlage und Betrieb sind geringer als bei
konventionellen Aufbereitungstechnologien. Die Berechnung auf Grundlage der Daten zur Wasserqualität in
dem Experiment führt zu einer Reduzierung der Abwassergebühren von 34 500 € (9,7 Mio. HUF) für die
Welsfarm.
Die Fischteiche sind außerdem für eine zusätzliche Fischproduktion geeignet, z. B. für die Zucht von
Zierfischen oder Arten, die die Naturnahrung nutzen und so die sonst verschwendeten Nährstoffe nutzen
können. Ein zusätzliches Einkommen von 15 000 € (4,3 Mio. HUF) durch Rohrkolben und die
Fischproduktion kann so erzielt werden, während die gesamten Kosten des Betriebs unter 17 000 €
(4,6 Mio. HUF) liegen.
Natürliche Behandlungsmethoden erfordern zwar nur eine geringe Menge nicht-erneuerbarer Energie,
benötigen jedoch eine große Landfläche. Auf der Grundlage der Ergebnisse der beiden Jahre der
Experimente und unter Berücksichtigung der klimatischen und ökonomischen Bedingungen kann ein
künstliches Feuchtgebiet von 12 ha Fläche das Ablaufwasser einer Fischzucht mit 300 t afrikanischen
Welsen pro Jahr vollständig reinigen.
30/116
6.2. Von der Fallstudie zu einer Fischzucht: Wie kann das Ablaufwasser einer Welsfarm
behandelt werden?
6.2.1. Beschreibung der intensiven Zuchtanlage
Die Ergebnisse der Fallstudie werden extrapoliert zu einer bestehenden Durchflussanlage mit einer
Produktionskapazität von jährlich 300 Tonnen. Der afrikanische Wels (Clarias gariepinus) wird intensiv in
Außenbecken mit geothermalem Wasser produziert. Das gesamte Wasservolumen in den Tanks beträgt
1 200 m³ auf einer Fläche von 3 690 m³. Der mittlere Futterquotient für marktfertige Fische beträgt 1,2 kg
Futter je kg Fisch. Bei der Produktion von 1 t afrikanischem Wels werden 24 kg Stickstoff (N) und 3,9 kg
Phosphor (P) in Fischbiomasse umgesetzt, sowie 52 kg N und 9,8 kg P mit dem Ablaufwasser emittiert. Das
gebrauchte Wasser wird in einen Altarm eingeleitet, wo die Nährstoffe zur Eutrophierung und
Beeinträchtigung des natürlichen Ökosystems führen. Den umweltrechtlichen Regelungen entsprechend
wird zudem eine Abwassergebühr auf der Grundlage der Netto-Nährstoffmenge erhoben. Die Betreiber der
Anlage sind verpflichtet, eine nachhaltige Aufbereitungstechnologie anzuwenden.
6.2.2. Reinigungsprozesse von künstlichen Feuchtgebieten
In Feuchtgebieten werden bestimmte Belastungen durch natürliche Prozesse reduziert. Künstliche
Feuchtgebiete sind eine nachhaltige Technologie, weil:
•
Sie effektiv Nährstoffe zurückhalten bzw. reduzieren
•
Nur geringe Mengen fossiler Energie und Chemikalien notwendig sind;
•
Die Bau-, Betriebs- und Wartungskosten für die Anlage geringer sind als für konventionelle
Wasserreinigungssysteme;
•
Sie sich gut in die natürliche Umwelt einfügen und ihr ästhetischer Wert zu einer höheren Akzeptanz
in der Gesellschaft führt;
•
Die Anlage von Feuchtgebietshabitaten hilft, seltene Feuchtgebietsarten zu erhalten und so einen
Beitrag zur Artenvielfalt leistet.
Mit der Kombination verschiedener Feuchtgebietstypen, wie dem
Makrophytenteich kann die Effizienz der Nährstoffreduktion erhöht
entsprechender Pflanzen- und Fischarten können die Nährstoffe
umgewandelt werden. Bei der Anlage von künstlichen Feuchtgebieten
Faktoren wesentlich:
Schönungsteich, Fischteich und
werden. Durch die Verwendung
in vermarktbare Nebenprodukte
ist die Berücksichtigung folgender
•
Die Verfügbarkeit der Fläche ist Voraussetzung (großer Flächenbedarf) und
•
Die klimatischen Bedingungen beeinflussen die Reinigungsleistung.
6.2.3. Parameter für die Planung
Charakterisierung des zu reinigenden Wassers
Das Ablaufwasser der Welsfarm ist durch einen
hohen Anteil an gelösten Salzen gekennzeichnet, die
aus dem geothermalen Wasser stammen, sowie
durch einen hohen chemischen Sauerstoffbedarf
(CSB). Der absolute Stickstoffgehalt setzt sich aus
etwa 60% Ammonium und 40% organischem
Stichstoff zusammen; andere Stickstoffformen
kommen nur in vernachlässigbaren Mengen vor. Der
gesamte Phosphorgehalt enthält nahezu 50%
Orthophosphat, während volatile Schwebstoffe 90%
der gesamten Schwebstoffmenge ausmachen. Auf
der Basis der mittleren Konzentrationen beträgt der
mittlere jährliche Stickstoffaustrag 13 t, die Phosphormenge macht 1,3 t aus, CSB 87 t (siehe Tabelle 9).
Parameter
AAblauf
STD
mg/l
Fracht
kg/Tag
Summe gelöster Salze
714
62.5
857
Chemischer Sauerstoffbedarf
200
89.0
239
Ammonium-N
18.7
5.84
22.4
Gesamt organischer N
11.6
11.8
13.9
Gesamt-N
29.7
11.4
35.6
Orthophosphat-P
1.37
1.07
1.64
Gesamt-P
2.90
0.92
3.48
Volatile Schwebstoffe (VSS)
114
57.6
137
Tabelle 9:
Mittlere Werte der wasserchemischen
Parameter und die berechnete tägliche Fracht des
Ablaufwassers (n=38) (STD: Standardabweichung)
Nährstoffretention
Auf der Grundlage eines Experimentes zur temperaturabhängigen Befrachtung im Jahr 2008 wurde die
Retentionskapazität in 5 °C-Intervallen berechnet. Die Stickstoffentfernung zeigt die höchste Sensitivität,
aber auch die Verringerung des CSB war bei höheren Temperaturen stärker. Der Rückhalt von P und die
Entfernung volatiler Schwebstoffe waren nur im obersten Temperaturbereich deutlich effizienter (siehe
31/116
Tabelle 10). Für die Planung des Systems wurde
von
der
geringsten
Reduktionskapazität
TemperaturN
P
VSS
CSB
ausgegangen.
Es
wird
empfohlen,
die
intervall des
verschiedenen
Feuchtgebietstypen
mit
parallelen
kg/ha/Tag
Wassers
Einheiten anzulegen, so dass je nach Bedarf
10-15 ºC
2.96
0.36
19.48
18.99
Feuchtgebiete zu- und abgeschaltet werden können.
15-20 ºC
5.71
0.37
18.68
30.92
Die Möglichkeit, zusätzliches Frischwasser während
20-25 ºC
7.41
0.75
37.66
44.46
des Betriebes hinzuzufügen, vor allem zur
Tabelle 10: Spezifische Reduktionsraten für die künstlichen
Stabilisierung der Fischteiche, ist ein wichtiges
Feuchtgebiete bei unterschiedlichen Systemen
Prinzip
für
den
Reinigungsprozess.
Das
Kanalsystem zum Bespannen und Entleeren der Teiche sollte so geplant und gebaut werden, dass die
einzelnen Teiche unabhängig voneinander gefüllt und abgelassen werden können, wenn dieses notwendig
ist.
Reduktion
Fischbesatz
In den Fischteichen wurde eine Karpfenpolykultur ausgewählt, um einen bestimmten Anteil der ungenutzten
Nährstoffe direkt durch die Fische oder über das Nahrungsnetz der Teiche nutzen zu können. Der Karpfen
wühlt als Grundfisch das Sediment auf, wodurch die Nährstoffe und das organische Material in das freie
Wasser gelangen, wo sie die Primärproduktion ankurbeln und die verfügbare Futtermenge für Filtrierer
erhöhen. Der Silberkarpfen toleriert höhere Dichten und kann einen großen Anteil vom Phyto- und
Zooplankton konsumieren. Es wurde beobachtet, dass der Silberkarpfen die Futterreste vom Ablauf der
Fischzucht herausfiltern konnte. Der Graskarpfen als Pflanzenfresser wurde zur Kontrolle des Wachstums
der Wasserlinse in den Teichen eingesetzt. In einem eutrophen bzw. hypertrophen Teich wachsen
verschiedenen Arten der Wasserlinse. In kleinen Teichen können sie die gesamte Wasseroberfläche
bedecken und so die Primärproduktion der Algen vermindern. Darüber hinaus kann der Besatz mit jungen
Karpfen ein abundantes Wachstum des Zooplanktons vermeiden.
Verschiedene Besatzdichten wurden im Laufe der Experimente getestet. Die höchsten Nettoerträge sowohl
für Karpfen als auch für Silberkarpfen wurde bei Besatzdichten von insgesamt 1 000 kg/ha und einer
Zusammensetzung von 35%:50%:15% (ergänzt mit Graskarpfen) erzielt. Das Gewicht der zum Besatz
verwendeten Fische bzw. entsprechend ihr Alter beeinflusst die Erträge, da bei einjährigem Fisch ein
schnelleres Wachstum als bei größeren Fischen angenommen werden kann. Zweijährige Karpfen können
jedoch das Sediment effizienter umwühlen.
6.2.4. Kritische Faktoren für den Betrieb
Klimatische Bedingungen: Die natürliche Reinigung des Wassers funktioniert angemessen bei
Wassertemperaturen von 15 bis 30 °C, entsprechend von April bis Oktober in Mittel- und Osteuropa. Die
Fischproduktion erfolgt jedoch kontinuierlich über das ganze Jahr. Im Winter ist eine reduzierte
Nährstoffreduktion (v.a. Stickstoff) charakteristisch für überstaute künstliche Feuchtgebiete. Deshalb sinkt
die Möglichkeit der Befrachtung der künstlichen Feuchtgebiete bei geringeren Temperaturen und eine
größere Fläche wird für die Nährstoffreduktion benötigt. Die mechanische Filtration kann ebenso die
Nährstofffracht der gelösten Verbindungen reduzieren
Fischbesatz: In Teichökosystemen benötigen die eingesetzten Arten und die natürlich vorkommenden
Organismen entsprechende Bewirtschaftungsmaßnahmen. Fische sind sehr empfindlich gegenüber
geringen Sauerstoffkonzentrationen (<1.5-2.0 mg/l) und erhöhten nichtionisierten AmmoniakKonzentrationen (>0.3-0.4 mg/l). Wenn die Sonneneinstrahlung permanent durch wolkiges, regnerisches
Wetter reduziert ist, kann die photosyntetische Sauerstoffproduktion reduziert sein und dadurch auch der im
Wasser gelöste Sauerstoff verringert sein. Höhere Ammoniakkonzentrationen können durch eine
Überlastung der Teiche verursacht sein, vor allem bei niedrigen Temperaturen und wenn die Aktivität der
nitrifizierenden Bakterien unterdrückt ist. Unterhalb der benötigten gelösten O2-Konzentration wurde das
Defizit durch Belüftung oder Frischwasser ausgeglichen. Belüftung und die Zugabe von Frischwasser
ermöglicht auch die Reduzierung des nicht-ionisierten Ammoniaks. Regelmäßige (tägliche) Überwachung
der O2 und Ammoniak-Konzentrationen und die Berücksichtigung der Wetterbedingungen können eine fatale
Verschlechterung der Wasserqualität vermeiden.
Algenblüten: Zu Beginn der Vegetationsperiode kann ein übermäßiges Wachstum des Zooplanktons
auftreten. Das Zooplankton filtert Schwebstoffe und Phytoplankton aus und produziert dabei selbst eine
bemerkenswerte Biomasse. Durch die Zunahme des Planktons kann es jedoch auch zur Abnahme der
Sauerstoffkonzentration im Wasser kommen. Um eine ungünstige Entwicklung des Zooplanktons zu
vermeiden, kann durch den Besatz mit Jungfischen oder durch Filtration die Biomasse des Zooplanktons
vermindert werden. Blaualgenblüten wurden in den zur Behandlung des Ablaufwassers genutzten Teichen
nicht beobachtet.
32/116
Wasserlinse: In stehenden Gewässern können unterschiedliche Arten der Wasserlinse auftreten und unter
optimalen Bedingungen zu einer übermäßigen Vermehrung kommen. Wenn die Wasserlinse die gesamte
Teichfläche bedeckt, wird die Entwicklung des Phytoplanktons behindert, was im Wasser zu anaeroben
Bedingungen führen kann. Da für die Behandlung des Ablaufwassers aerobe Bedingungen angestrebt
werden, wird empfohlen, die Wasserlinse von allen Teichen zu entfernen. Die beste Lösung für die Kontrolle
der Wasserlinse ist in Fischteichen der Besatz mit Graskarpfen, der die Wasserlinse frisst und so in
Fischbiomasse umwandelt. In den Makrophytenteichen wird die manuelle Entfernung der Wasserlinse
ebenfalls empfohlen, um den Anteil der offenen Wasserfläche zu erhöhen.
Anreicherung: Eine mäßige Anreicherung mit Schlamm wurde im Einlaufbereich der zu behandelnden
Ablaufwässer in den Schönungsteichen nach längerem Betrieb (15-20 Jahre) beobachtet. Dieser Schlamm
muss dann entfernt werden.
6.2.5. Gestaltung des vorgeschlagenen künstlichen Feuchtgebietes
Auf der Grundlage der vorhandenen Ergebnisse und der berechneten täglichen Frachten, die von einer
Fischzucht mit einer jährlichen Kapazität von 300 t emittiert werden, wird ein künstliches Feuchtgebiet von
12 ha Fläche empfohlen. Die Größe und Struktur des Systems ist dafür ausgelegt, eine zuverlässige
Behandlung auch im Winter sicherzustellen und die Qualität des ablaufenden Wassers zu verbessern. Die
Anlage mehrerer paralleler Teiche erhöht die Flexibilität des Systems, da im Winter eine größere Fläche als
im Sommer zur Behandlung benötigt wird, um die Grenzwerte
Fischzucht
einzuhalten (siehe Abb. 5).
Die Untersuchung des Anteils der verschiedenen
Feuchtgebietstypen an der Entfernung der Nährstoffe ergibt
ein empfohlenes Verhältnis von Schönungsteich zu
SchönungsSchönungsSchönungsteich
teich
teich
Fischteich zu Makrophytenteich von 3,5 : 2 : 1. Das
2.2 ha
2.2 ha
2.2 ha
vorgeschlagene künstliche Feuchtgebiet besteht deshalb aus:
•
Drei Schönungsteichen mit je 2.2 ha,
•
Einem Fischteich mit 3.7 ha und
Tiefe 1.2 m
Tiefe 1.2 m
Tiefe 1.2 m
Fischteich
3.7 ha
•
Einem Makrophytenteich mit 1.8 ha.
Tiefe 1.2 m
Der Besatz mit Karpfen in Polykultur wird für den Fischteich
empfohlen. Es wird ein Besatzverhältnis von 35% Karpfen (2
Macrophytenteich
sömmrig), 50% Silberkarpfen (einsömmrig) und 15%
1.8 ha
Graskarpfen mit einer Dichte von 1 000 kg/ha und 50-300 g
Tiefe 0.5 m
Gewicht je Fisch. Andere Karpfenarten, etwa Zierfische,
können ebenfalls mit der gleichen Besatzdichte verwendet
Abb.
5:
Vorgeschlagene
Struktur
des
werden.
künstlichen Feuchtgebietes zur Behandlung des
Zu Beginn des Betriebs werden die Teiche mit Flusswasser Ablaufwassers einer Fischzucht zur Produktion
gefüllt (kein verschmutztes Oberflächenwasser oder von 300 t afrikanischen Welsen pro Jahr.
Grundwasser). Werden parallel Schönungsteiche verwendet,
kann die Trockenlegung und die Bespannung alternativ gehandhabt werden. Entsprechend unserer
Annahmen wird einer der drei Schönungsteich während der warmen Monate (von April bis September) nicht
in Betrieb sein. Die Bespannung dieses Teiches kann vor oder gleichzeitig mit der Trockenlegung und
Bespannung der anderen Schönungsteiche erfolgen. Während des Trockenlegens und der Bespannung
eines Schönungsteiches kann die Behandlung des Ablaufwassers in den bereits bespannten Teichen
erfolgen. Der Fischteich wird Ende Oktober oder Anfang November abgefischt. Nach dem Abfischen kann
wieder Wasser aus dem Schönungsteich in den Fischteich eingeleitet werden. Es wird empfohlen, die
Pflanzen im frühen Frühjahr (im März) zu ernten, wenn der Wassergehalt in den oberirdischen
Pflanzenteilen am geringsten ist. Es ist sinnvoll, während der Ernte den Wasserspiegel in den
Makrophytenteichen zu reduzieren. Es wird angenommen, dass dieses Feuchtgebiet innerhalb eines
Jahresungefähr 1 000 - 1 100 kg Phosphor, 7 000 - 8 000 kg anorganischen Stickstoff, und 70 000 - 80 000
kg CSB von dem Ablaufwasser entfernt:
Ausgehend von den mittleren Werten der Wasserqualität der Experimente kann die Abwasserabgabe der
Welszucht um 34 543 € reduziert werden. Zusätzliche Einnahmen stammen von der Fischproduktion in dem
Fischteich und der Produktion von Rohrkolben in den Makrophytenteichen, der als zur Bereitstellung von
Bioenergie genutzt werden kann. Entsprechend unserer Berechnung zahlt sich die Investition nach acht
Jahren aus. Der Wert des Investition beträgt nach 15 Jahren 102 175 € bei einer jährlichen Abzinsung von
5%. Weitere Berechnungen finden sich in Tabelle 11 auf der nächsten Seite. In der Kosten-Nutzen-Analyse
wird angenommen, dass der Energie- und Treibstoffpreis sowie der Marktpreis für Rohrkolben jährlich um
6% steigen. Die Zunahme der Arbeitslöhne wird mit jährlich 3% angenommen, während Preissteigerungen
für Fisch und Jungfische mit jährlich 2% berechnet sind.
33/116
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
228 571
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Kosten für Jungfische
0
4 029
4 109
4 191
4 275
4 361
4 448
4 537
4 628
4 720
4 815
4 911
5 009
5 109
5 211
5 316
Treibstoffkosten
(250 l/Jahr)
89
268
284
301
319
338
358
380
403
427
453
480
508
539
571
606
Elektrizitätskosten
(35,040 kWh/ Jahr)
0
4 505
4 775
5 062
5 366
5 688
6 029
6 391
6 774
7 181
7 611
8 068
8 552
9 065
9 609
10 186
1 429
7 500
7 725
7 957
8 195
8 441
8 695
8 955
9 224
9 501
9 786
10 079
10 382
10 693
11 014
11 344
Einnahmen durch
(2.9 EUR/GJ)
0
3 082
3 267
3 463
3 671
3 891
4 125
4 372
4 634
4 912
5 207
5 520
5 851
6 202
6 574
6 968
Einnahmen durch die
Fischproduktion
0
11 986
12 225
12 470
12 719
12 974
13 233
13 498
13 768
14 043
14 324
14 611
14 903
15 201
15 505
15 815
Vermiedene
Abwassergebühren
0
34 543
34 543
34 543
34 543
34 543
34 543
34 543
34 543
34 543
34 543
34 543
34 543
34 543
34 543
34 543
Ergebnis
-230 089
33 309
33 142
32 965
32 778
32 580
32 371
32 150
31 917
31 670
31 410
31 135
30 845
30 539
30 216
29 875
Abgezinstes Ergebnis (r=5%)
-230 089
31 723
30 061
28 476
26 966
25 527
24 156
22 848
21 602
20 415
19 283
18 204
17 176
16 195
15 261
14 370
Aktueller Wert
-230 089 -198 366
-168 306
-139 829
-112 863
-87 336
-63 180
-40 332
-18 729
1 686
20 969
39 173
56 348
72 544
87 805
102 175
Anlagekosten (Fläche,
Teiche, Pumpen, Belüfter)
Arbeitskosten
(2,800 Stunden/Jahr)
Tabelle 11: Kosten-Nutzen-Rechnung des vorgeschlagenen 12 Hektar großen künstlichen Feuchtgebietes (in Tausend HUF, 1 EURO=275 HUF)
34/116
6.3. Kombination von intensiver und extensiver Fischzucht für die nachhaltige Nutzung
von Wasser und Nährstoffen (Teich-in-Teich-System)
Mit der Entwicklung einer umweltfreundlichen Fischproduktion erscheint es, eine naheliegende Lösung zu
sein, intensive Aquakultur in Fischteiche zu integrieren. Das Prinzip dieser Methode ist, das Ablaufwasser,
das mit organischen und anorganischen Nährstoffen der intensiven Fischzucht befrachtet ist, in einem
extensiven Teich zu behandeln. Dort kann ein Teil der Nährstoffe durch unterschiedliche biologische
Produktionsprozesse genutzt werden, während der andere Teil sedimentiert. Das behandelte oder gereinigte
Wasser wird in den intensiven Teil des Fischteiches zurückgeführt. Die Anwendung solch eines kombinierten
Produktionssystems trägt zur ökologischen Nachhaltigkeit und zur Produktion von vermarktbarem Fisch bei.
Die Verwendung von Periphyton in der Aquakultur ist eine Technologie für die Steigerung der natürlichen
Nahrungsproduktion im Teich und deren Nutzung für die Fischproduktion. Die bessere Ausnutzung der
Nährstoffe in Aquakultursystemen zielt auf eine verringerte Belastung der natürlichen Gewässer ab. Die
Aquakulturproduktion ist höher in Teichen, die mit Periphytonsubstraten ausgestattet sind als ohne diese.
Die zusätzliche Primärproduktion und die benthische Sekundärproduktion der daran gebundenen
Lebensgemeinschaften bilden durch die künstlichen Oberflächen ein neues Nahrungsnetz, von dem Teile in
der Fischbiomasse enden. Die Beweidung einer zweidimensionalen Periphytonschicht ist mechanisch
effizienter als das Filtrieren von Algen in einer dreidimensionalen planktischen Umwelt. Könnten die Algen im
Teich auf festen Oberflächen gezüchtet werden und könnten diese von mehr Fischarten genutzt werden, so
führte dies zu einer höheren Ausnutzung der Primärproduktion. Die Anwendung von Periphyton in einem
extensiven, für die Behandlung von Ablaufwasser errichteten Teich, kann die Reinigungskapazität des
Teiches dementsprechend erhöhen.
Das übergeordnete Ziel dieser Fallstudie zur Kombination von intensiver und extensiver Aquakultur ist es,
traditionellen Karpfenzüchtern zu helfen, ihr Wasser durch die Produktion wertvoller Fischarten in ihren
Speicherbecken oder extensiv genutzten Teichen effektiver zu nutzen, ihre Produktion zu diversifizieren und
die ökologische Leistung der Fischproduktion zu erhöhen.
Das Prinzip der Forschung in diesem Modul basiert auf der Verbindung zwischen intensiven und extensiven
Produktionsmethoden und unterschiedlichen Arten, die verschiedene ökologische Nischen im Nahrungsnetz
besetzen, innerhalb eines integrierten Systems, so dass bislang ungenutzte Nährstoffe recycelt werden
können. Dies führt zu einer höheren Nährstoffnutzung und zu reduzierten Emissionen. Zur gleichen Zeit wird
mehr Fischbiomasse je verwendetem Liter Wasser produziert.
Der Zweck dieser Untersuchung war es, eine neue Methode zur Produktion von Raubfischen in
Teichsystemen zu entwickeln und die Nährstoffnutzung zu erhöhen. Die Ziele der Innovation waren:
1.
2.
3.
Steigerung der Produktionskapazität;
Diversifizierung der gezüchteten Arten und
Recycling der Nährstoffe innerhalb des Produktionssystems.
Mit diesen Zielen lag der Schwerpunkt der Forschung auf:
•
Bewertung der möglichen Wiedernutzung von Nährstoffen in kombinierten Aquakultursystemen
•
Erforschung unterschiedlicher biotechnologischer Elemente (z. B. Anwendung von Periphyton,
Besatz mit Muscheln) auf die zusätzliche Fischproduktion und die Wasserqualität
•
Bewertung der Nährstoffbilanz des experimentellen Systems
6.3.2. Grundprinzipien des Moduls
Die Experimente wurden in drei Teichen durchgeführt (Fläche 310 m², Tiefe jeweils 1 m). Diese Teiche
wurden als extensive Teilflächen genutzt, während darin in jedem Teich ein Netzkäfig als intensive Teilfläche
integriert war (Volumen 10 m³) (siehe Abb. 6). Die Teiche wurden mit unbehandeltem Wasser aus einem
Fluss eine Woche vor dem Besatz mit Fischen bespannt. Wasserverluste wurden regelmäßig durch
zusätzliches Flusswasser ausgeglichen. Ein Schaufelradbelüfter (0,5 kW) wurde in jedem Teich installiert,
um eine ausreichende Sauerstoffversorgung sicherzustellen und eine Wasserzirkulation innerhalb des
intensiven und extensiven Teils zu erzwingen. Medikamente und Chemikalien wurden während des ganzen
Experimentes nicht verwendet.
35/116
Wasserzufuhr
Ausschließlich
Fischbesatz
Wasseraufbereitung
Wasseraufbereitung
300 m2
300 m
2
Periphyton
Fischbesatz
Versuchsvariante I. (IES/1)
Periphyton
Fischbesatz +
Muscheln (2007)
Versuchsvariante II. (IES/2)
: Schaufelradbelüfter
Intensiver Teil
2
Intensiver Teil
300 m
Intensiver Teil
Wasseraufbereitung
Versuchsvariante III. (IES/3)
: Richtung der Wasserzirkulation
Abb. 6: Schema der Versuchsanordnung
Alle Teiche wurden bezüglich der Fütterung und dem Fischbesatz gleich behandelt. Als Futter wurden
Pellets (45% Rohprotein, C:N-Verhältnis 6) täglich über Fütterungsautomaten im intensiven Teil verabreicht,
während in dem extensiven Teil nicht gefüttert wurde. Die Gestaltung der extensiven Teiche war der einzige
Unterschied zwischen diesen Systemen, in denen der Einfluss des Periphytons und des Muschelbesatzes
auf die Wasserqualität, die Fischerträge und die Nährstoffnutzung getestet wurden. Die durchschnittliche
Futtermenge betrug 0,5 g N/m²/d im Jahr 2007 und 1,2 g N/m²/d 2008 (siehe Tabelle 12). Die einzige
Nährstoffquelle des Systems war das Fischfutter, das in dem intensiven Teil verwendet wurde. Die
zusätzliche Oberfläche für die Entwicklung des Periphytons entsprach 0, 100 und 200% der Teichfläche
(entsprechend 0, 1 und 2 m² Periphytonfläche je m² Teichfläche) (siehe Tabelle 13).
Stickstoff
Phosphor
Organischer Kohlenstoff
Mittel
Maximum
Mittel
Maximum
Mittel
2007
0.51
0.72
0.08
0.12
3.1
Maximum
4.4
2008
1.2
1.8
0.19
0.28
7.3
10.6
Tabelle 12: Tägliche Futtermenge des Teich-in-Teich-Moduls
IES/1
IES/2
Mittlere Futtermenge
2
0.5 g N/m /Tag (2007)
Kein Periphyton
P 1 m /m
Mittlere Futtermenge
2
1.2 g N/m /Tag (2008)
Kein Periphyton
P 1 m /m
IES/3
2
2
2
2
2
2
P 1 m /m +
Besatz mit Muscheln
2
P 2 m /m
2
P: zusätzliche Periphytonoberfläche
Tabelle 13: Versuchsanordnung
Betrieb des Systems im Jahr 2007
In den intensiven Teilen wurde europäischer Wels (Silurus glanis L.) gezüchtet und mit Pellets gefüttert. Der
anfängliche Fischbesatz betrug 100 kg (10 kg/m³), während in den extensiven Teilen Karpfen (Cyprinus
carpio L.) und Nilbuntbarsch (Oreochromis niloticus L.) mit einer Besatzdichte von 60 kg (Besatzverhältnis
1:1) ohne Futtergabe gezüchtet wurde. In dem dritten Teich wurden zusätzlich Süßwassermuscheln
(Schwanenmuscheln, Anodonta cygnea L.) eingesetzt mit einer Dichte von 1 Muschel je m² (Größe
109±69 g/Tier). Die Muscheln wurden in Kunststoffnetzen 10 cm über dem Teichboden aufgehängt. 10
Muscheln wurden in jedem Beutel platziert und insgesamt wurden 30 Beutel ausgebracht.
In zwei Teichen (IES/2 und IES/3) wurde die Produktivität des extensiven Teils durch die Entwicklung von
Periphyton auf künstlichen Oberflächen verbessert, während in der Kontrolle (IES/1) keine zusätzlichen
Oberflächen eingebracht wurden. Als Substrat wurden Weidenzweige verwendet. Die Oberfläche der Weide
besaß etwa 300 m² je Teich, entsprechend der ungefähren Teichoberfläche des gesamten Teiches. Die
Oberfläche der Zweige nahm jedoch kontinuierlich während des Betriebes ab und betrug zum Ende der
Saison nur noch ungefähr 70 m². Das experimentelle System war über 22 Wochen vom 10. Mai bis zum
11. Oktober 2007 in Betrieb.
36/116
Betrieb des Systems im Jahr 2008
Im zweiten Betriebsjahr wurde die Besatzdichte des intensiven Teils auf 20 kg/m³ verdoppelt im Vergleich zu
2007, und damit auch die mittlere Futtermenge auf 1,2 g N/m²/da erhöht. Für den sichereren Betrieb wurde
der intensive Teil mit afrikanischem Wels (Clarias gariepinus L.) als Modellfisch bestockt, der robuster als
der europäische Wels (Silurus glanis L.) ist. Das Experiment des Teiches IES/3 wurde 2008 geändert, indem
kein Besatz mit Muscheln vorgenommen wurde, dafür aber die künstliche Oberfläche auf 600 m² erhöht
wurde (2 m² zusätzliche Oberfläche je m² Teichoberfläche). Der Grund für den Verzicht auf die Muscheln war
die hohe Mortalität der Muscheln im ersten Jahr, weshalb die Nährstoffanreicherung in den Muscheln nicht
so hoch wie erwartet ausfiel. Zusätzlich traten in dem Teich Probleme mit Parasiten auf, die eine hohe
Mortalität bei den Fischen im intensiven Teil zur Folge hatte. Im zweiten Jahr des Experiments wurden auch
künstliche
Kunststoffoberflächen
statt
der
IES/1
IES/2
IES/3
Weidenzweige verwendet, da deren Oberfläche
2007 Intensiver Teil
3 173
5 747
2 747
über die Zeit konstant bleibt. Der Betrieb dauerte
Extensiver
Teil
3
619
2
078
4 044
16 Wochen an, vom 21. Mai bis zum 10.
September 2008.
Gesamtsystem
6 792
7 825
7 083
In beiden Jahren war der Nettofischertrag des
2008 Intensiver Teil
13 221
12 788
12 811
gesamten Systems (intensiver und extensiver Teil
Extensiver Teil
2 789
5 048
2 718
zusammen) am höchsten in den Teichen, in
Gesamtsystem
16 010
17 837
15 529
denen
die
Periphyton-Fläche
100%
der
Teichoberfläche betrug (siehe Tabelle 14).
Tabelle 14: Nettofischertrag in IES (kg/ha)
Energieeffizienz
Es wurde nur elektrische Energie zum Mischen
und Belüften des Wassers mit Hilfe eines
Schaufelradbelüfters (Leistung 0,5 kW) während
des Betriebs verwendet. Der elektrische
Energieverbrauch dominierte den Gesamtenergieverbrauch, bei dem der Treibstoffverbrauch
lediglich 2-3% ausmacht. Der tägliche Energiebedarf betrug 12,2 kWh 2007 und 12,4 kWh in
2008. Der Energieverbrauch für die Fischproduktion ist in Tabelle 15 zusammengefasst.
Der spezifische Energieverbrauch war 2007
wesentlich höher als 2008 aufgrund der
geringeren Fischerträge im ersten Jahr der
Forschung. Die Energieeffizienz wurde durch die
zusätzliche Fischproduktion in dem extensiven
Teil um 35% im Jahr 2007 und um 21% im
zweiten Jahr gesteigert.
Wasserzulauf/ Wasserablauf
Die Teiche wurden mit Frischwasser von einem
nahe gelegenen Arm des Flusses Körös bespannt
(siehe Tabelle 16). Die Verdunstung und
Versickerung wurden regelmäßig während des
Experimentes ausgeglichen. Während des
Betriebs wurde kein Ablaufwasser an die Umwelt
abgegeben, das Wasser floss lediglich während
des Trockenlegens der Teiche zum Abfischen ab.
IES/1
IES/2
IES/3
2007 Energieverbrauch
1857
1857
1857
EV intensiver Teil
(kWh/kg)
18,8
10,4
21,6
EV Gesamtsystem
(kWh/kg)
8,76
7,61
8,40
2008 Energieverbrauch
1384
1384
1384
EV intensiver Teil
(kWh/kg)
3,35
3,47
3,46
EV Gesamtsystem
(kWh/kg)
2,76
2,48
2,85
EV: Energieverbrauch für die Fischproduktion (kWh/kg Netto-Fischproduktion)
Tabelle 15: Energieverbrauch des Moduls (kWh)
IES/1
2007
IES/2
IES/3
Wasserzulauf
735
518
848
Wasserablauf
248
242
225
3
WV (m /kg Fisch)
3.5
2.1
3.8
2008 Wasserzulauf
956
890
850
Wasserablauf
245
256
260
3
1,9
1,6
1,8
WV (m /kg Fisch)
WV: Wasserverbrauch für die Fischproduktion (Wasseraufnahme je kg Fisch)
3
Tabelle 16: Wasserbilanz des Moduls (m )
Nährstoffnutzung
Die absoluten Nährstoffzufuhren (Fischbesatz, Zulaufwasser, Fischfutter) und Nährstoffausträge
(entnommener Fisch, Wasserablauf beim Trockenlegen) sind in Tabelle 17 zusammengefasst. Die
Hauptnährstoffquelle war das Fischfutter, das 80 % der Gesamteinträge an Stickstoff ausmachte, 75% des
Phosphors und 85% des Kohlenstoffes. Der Nährstoffrückhalt betrug im Jahr 2008 6 300 kg/ha für
organischen Kohlenstoff, 1 000 kg/ha für Stickstoff und 180 kg/ha für Phosphor. Die Nährstofffracht war 2008
höher als im vorherigen Jahr. Die zurückgehaltenen Nährstoffe entsprechen im Mittel 65 % bzw. 57 % des
Stickstoffs, 66 % und 58 % des Phosphors und 75 % bzw. 64 % des organischen Kohlenstoffes für die Jahre
2007 bzw. 2008. Das kombinierte System konnte 1 400 kg/ha an Stickstoff aus dem Fischfutter verarbeiten.
37/116
IES/1
2007
2008
N
P
Zufuhr (kg/ha)
930
160
Austrag (kg/ha)
330
55
IES/2
C
N
P
5400
930
150
1200
350
59
IES/3
C
N
P
C
5400
950
160
5500
1600
310
55
1300
Rückhalt (%)
65
65
78
63
67
72
67
65
76
Zufuhr (kg/ha)
1790
310
9700
1800
320
9700
1800
310
9700
Austrag (kg/ha)
760
130
3100
840
140
3900
720
130
3200
Rückhalt (%)
58
60
67
53
55
59
60
60
67
Tabelle 17: Partielle Nährstoffbilanz in den Versuchsteichen
Die Nährstoffnutzung der Fischproduktion in diesem Modul, ausgedrückt in Prozent der mit dem Fischfutter
zugeführten Nährstoffe, wird in Tabelle 18 dargestellt. Die kombinierte Fischproduktion führte zu einer
höheren Proteinnutzung von 26%. Durch das zusätzliche Periphyton konnte dieses Verhältnis 2008 auf 40 %
gesteigert werden. Die gesamte Nährstoffnutzung für die Fischproduktion war in den Teichen mit 100 %
zusätzlicher Periphytonfläche in Bezug zur Teichfläche in beiden Jahren am höchsten. Die Nährstoffnutzung
in den Teichen mit der höchsten Periphytonfläche war hingegen geringer. Dies zeigt, dass der Anteil von
100% zusätzlicher Periphytonoberfläche ausreichend ist, um die Metaboliten der Futtermenge von 1,8 g
N/m²/d zu nutzen. Der mittlere Futterquotient betrug 3,3 (2007) bzw. 1,6 (2008). Mit der kombinierten
Produktion konnte der Futterquotient um 51% bzw. 44% (auf 1,6 und 0,9) durch den zusätzlichen Fischertrag
des extensiven Teils erhöht werden.
PO 0%
2007
2008
PO 100%+M (2007),
PO 200% (2008)
PO 100%
N
P
C
N
P
C
N
P
C
Intensiv
8.5
7.8
5.6
17
17
11
6.4
5.6
4.1
Extensiv
Gesamt
11
20
13
21
7.8
13
6.5
24
6.9
24
4.2
16
13
19
17
24
9.2
13
Intensiv
23
23
16
22
22
15
22
22
15
Extensiv
Gesamt
6.1
29
3.3
26
4.4
20
10
33
8.9
31
7.3
22
5.9
28
3.3
25
4.2
19
PO: Periphytonoberfläche, M: Muscheln
Tabelle 18: Nährstoffakkumulation der Fischbiomasse in Prozent der Futterzufuhr (%)
Aus den Versuchsteichen wurden pro 1 kg Fischbiomasse 2,6-8,3 g Stickstoff, 0,20-0,53 g Phosphor und
9-46 g organischer Kohlenstoff emittiert (siehe Tabelle 19). Ein Effekt der zusätzlichen Periphytonoberfläche
und der Futtermenge auf den Nährstoffgehalt des Ablaufwassers konnte nicht gefunden werden. Nur die
Stickstoffkonzentration war im Ablauf geringer bei einer auf 200% erhöhten Periphytonoberfläche.
IES/1
IES/2
IES/3
N
P
C
N
P
C
N
P
C
2007
8.3
0.48
9.2
5.1
0.48
30
5.1
0.32
25
2008
4.2
0.20
16
5.8
0.53
46
2.6
0.27
20
Tabelle 19: Nährstoffemission der Fischproduktion in den Versuchsteichen (g/kg Netto-Fischertrag)
Bei Betrieb des Wasseraufbereitungssystems kommt, neben der Nährstoffaufnahme durch Algen und dem
bakteriellen Abbau, dem Verbrauch der heterotrophen Organismen und den Denitrifikationsprozessen eine
wichtige Rolle zu. Schließlich ist die Regulation des Sauerstoffsystems durch die künstliche Belüftung von
Bedeutung, um aerobe Bedingungen und damit eine wirksame Nährstoffentfernung während der
Wasserbehandlung aufrecht zu erhalten.
Das Experiment einer intensiven Fischzucht mit einem extensiven Fischteich im Pilotmaßstab zeigte die
Anwendbarkeit eines solchen Systems. Das kombinierte System konnte einen signifikanten Teil der
zusätzlichen Nährstoffe von der intensiven Fischzucht verarbeiten. Das Maximum der wiederverwendeten
überschüssigen Nährstoffe durch die zusätzliche Fischproduktion entsprach 13% des Stickstoffs, 17% des
Phosphors und 9% des organischen Kohlenstoffes.
Die Effizienz des extensiven Teils wurde durch das Periphyton verbessert, das sich auf den künstlichen
Oberflächen entwickelte, da das Periphyton von einigen Fischen als Nahrung genutzt werden kann. Der
Gehalt an Trockenmasse des Periphytons war signifikant höher in den Proben, die an den Stäben mit der
zusätzlichen Oberfläche weiter oben gesammelt wurden als Proben, die vom unteren Teil entnommen
38/116
wurden. Im Vergleich der jährlichen mittleren Mengen der Trockenmasse des Periphytons waren keinen
signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Teichen zu finden. Dennoch führte die größere Aufnahme
des Periphytons durch die Fische zu einem höheren Fischertrag in den extensiven Teilen. Durch die
Kenntnisse der quantitativen und qualitativen Änderungen des Periphytons kann nun detailliertes Wissen
über die Funktionsweise des Systems, die Nährstoffkreisläufe und den Energiefluss im aquatischen
Ökosystem abgeleitet werden. Daraus ergeben sich Möglichkeiten, die Effizienz des Systems zu erhöhen
und dies anwendbar für den Betrieb und die weitere Technologieentwicklung zu machen.
Untersuchungen über die Nährstoffbilanz des Systems zeigten, dass eine angemessene Größe des
extensiven Fischteiches die Ablaufwässer der intensiven Fischzucht wirksam behandeln kann und die
erneute Wassernutzung für eine zusätzliche Fischproduktion möglich macht.
Arbeitsproduktivität und ökonomische Nachhaltigkeit
31,3 bzw. 37,3 Arbeitsstunden wurden für die Fischproduktion in jeder Versuchseinheit benötigt. Der
durchschnittliche Arbeitsaufwand betrug entsprechend 0,13-0,15 Stunden/kg netto Fischertrag im Jahr 2007
und 0,07-0,08 Stunden im Jahr 2008.
Da in beiden Jahren des Betriebs gezeigt werden konnte, dass das Teilsystem IES/2 die beste Leistung
zeigte, kann gefolgert werden, dass die Verwendung von 1 m² zusätzlicher Oberfläche für Periphyton je m²
Teichfläche auch zur höchsten ökonomischen Rentabilität führt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zucht des
Afrikanischen Welses (2008) rentabler als die Zucht des Europäischen Welses ist (2007).
Die Ergebnisse zeigen, dass die Kombination intensiver und extensiver Fischzuchtsysteme ein wirksamer
Ansatz zur Reduktion der Umweltbelastung durch intensive Fischzuchten ist und zur Steigerung der
extensiven Fischzucht als zusätzlichem Nebeneffekt dienen kann.
Die Effizienz des extensiven Teils kann durch die Kultivierung des Periphytons auf künstlichen Oberflächen
erhöht werden. Die kombinierte Fischproduktion führte zu einer höheren Proteinnutzung von 26%; mit
zusätzlichem Periphyton sogar um 40%. Diese auf den Oberflächen basierenden Lebensgemeinschaften
ermöglichen ein zusätzliches Nahrungsnetz, und ein Teil der zusätzlichen Nährstoffe findet sich als
Fischbiomasse wieder. Die Wasserqualität ist für das Fischwachstum geeignet.
Generell betragen die Fischerträge etwa 1 t/ha in traditionellen Teichen, während in kombinierten Teich-inTeich-Systemen bis zu 20 t/ha möglich sind. Trotzdem sind die Nährstoffemissionen von den traditionellen
Fischteichen sehr gering aufgrund der verbesserten Nährstoffausnutzung.
IES/1
IES/2
IES/3
Die Kombination der intensiven und extensiven
Energieverbrauch für die Fischproduktion (kWh/kg)
Aquakultur nutzt die Vorteile sowohl der traditionellen
Intensiver Teil
3,4
3,5
3,5
Teichwirtschaft als auch der intensiven FischzuchtGesamtsystem
2,8
2,5
2,9
systeme. Wertvolle Raubfischarten können in dem
intensiven Teil des Systems produziert werden,
Wasserverbrauch für die Fischproduktion (m3/kg)
während die Integration eines extensiven Teiches zur
Wasserzufuhr
1,8
1,6
1,6
Behandlung des Ablaufwassers zu einer reduzierten
Wasserablauf
0,5
0,4
0,5
Nährstofffracht in die Umwelt und zu einer
Nährstoffverlust
je
kg
produziertem
Fisch
(g/kg)
gesteigerten Nährstoffnutzung in der Fischproduktion
N
4,2
5,8
2,6
führt. Die intensive Zucht kann in Netzgehegen oder in
P
im Teich schwimmenden Tanks durchgeführt werden,
0,20
0,53
0,27
die im extensiven Teich platziert werden. In dem
C
16
46
20
intensiv bewirtschafteten Teil des Systems können
Nährstoffrückgewinnung durch die zusätzliche
wertvolle Raubfische unter kontrollierten Bedingungen
Fischproduktion (% der Nährstoffzufuhr)
produziert werden und zusätzlich gefüttert werden.
N
6,0%
10%
5,8%
Das nicht gefressene Futter sowie die metabolischen
P
3,2%
8,6%
3,2%
Reststoffe können in dem extensiven Teil genutzt
C
4,3%
7,2%
4,1%
werden und die Fischerträge steigern. Im Vergleich
zur Effizienz der Nährstoffnutzung von etwa 20-25% in
Tabelle 20: Nachhaltigkeitsindikatoren des Moduls 2008
den meisten intensiven Fischzuchten kann diese auf
30-35% in den integrierten Teichsystemen gesteigert werden. Dies führt zudem zu einer geringeren
Nährstoffbelastung der die Ablaufwässer aufnehmenden natürlichen Gewässer. Die Anwendung der
kombinierten Teich-in-Teich-Systeme kann zu einer besseren Nutzung der Wasserressourcen und zur
Nachhaltigkeit der Aquakultur beitragen. Die Ergebnisse der Fallstudie zeigen, dass die Kombination der
intensiven Aquakultur mit extensiven Fischteichen die Effizienz der Nährstoffnutzung verbessert. Die
wichtigsten Nachhaltigkeitsindikatoren sind in Tabelle 20 zusammengefasst.
39/116
6.4. Von der Fallstudie zur Fischzucht: Entwurf eines theoretischen kombinierten Systems
6.4.1. Generelle Technologie
Die Anwendung der hier vorgestellten Teich-in-Teich-Technologie ist einfach: ein abgeteilter Teil für die
intensive Produktion platziert in einem traditionellen Fischteich. Netzgehege oder Tanks können als
intensiver Teil genutzt werden, der in enger Wechselwirkung mit dem Fischteich betrieben wird. Der
Fischteich wirkt als biologischer Filter und behandelt die Reststoffe aus dem intensiven Teil.
Die Fischerträge in dem extensiven Fischteich können durch die Bereitstellung einer zusätzlichen Oberfläche
für den vermehren Aufwuchs von Periphyton gesteigert werden. Basierend auf den Ergebnissen war die
zusätzliche Fischproduktion bei einer zusätzlichen Periphytonoberfläche von 100% bezogen auf die
Teichfläche am Höchsten.
Der Schlüssel für den sicheren Betrieb des Systems ist der Ausgleich zwischen der Nährstofffracht des
intensiven Teils und der Wasseraufbereitungskapazität des extensiven Teiches. Wenn eine ausreichende
Größe für den extensiven Teich gegeben ist, kann eine angemessene Wasserqualität für die Fischzucht
aufrecht erhalten werden und die Nährstoffverluste an die natürlichen Gewässer können minimiert werden.
Schaufelradbelüfter können zu einer adäquaten Wasserzirkulation zwischen dem intensiven und extensiven
Teil beitragen und einen optimalen Sauerstoffgehalt gewährleisten. Das Teichsystem funktioniert als
geschlossenes System; während der Zuchtperiode werden keine Ablaufwässer an die Umwelt abgegeben.
Nur während des Abfischens werden die Teiche trocken gelegt und das Wasser aus den Teichen
abgelassen. Nur die Verdunstung und die Versickerung sollten regelmäßig ausgeglichen werden. Die
Verdunstung ist in einem kontinuierlich belüfteten System größer als in den traditionellen Fischteichen; für
den Ausgleich des Wasserverlustes muss jährlich mit 150% des Teichvolumens gerechnet werden.
Vorteile
Nachteile
Einfache Technologie mit niedrigen Investitions- und
Betriebskosten
Weniger kontrollierbare Produktionsbedingungen
(z.B. Temperaturschwankungen)
Verbesserte Nährstoffverwertung und zusätzliches
Einkommen durch zusätzliche Fischproduktion
Wasserqualität wird primär durch natürliche biologische
Prozesse beeinflusst
Geringe Nährstoffeinträge in natürliche Gewässer
Beschränkte Wachstumsperiode (von April bis Oktober in
Ungarn)
Geringer Energieverbrauch für die Fischproduktion
Überwinterung der Fische muss gelöst werden
Geringerer Wasserverbrauch im Vergleich zu anderen
Teichwirtschaften
Durch die konzentrierte Produktion werden Verluste durch
Raubtiere reduziert
Tabelle 21: Pro und Kontra der Anwendung einer Kombination von intensiver und extensiver Aquakultur
6.4.2. Planungsparameter
Die maximale Futtermenge des Systems beträgt 1,8 g N/m²/d (dies entspricht der Anwendung von
Fischfutter, das 11,2 g Rohprotein enthält oder 2 kg Fischbesatz in dem intensiven Teil).
Als Fischbesatz wurde eine Karpfenpolykultur in dem extensiven Teil vorgeschlagen, basierend auf dem
Karpfen als omnivorem Grundfisch zusammen mit Filtrierern, wie z. B. Tilapia oder Silberkarpfen. Wird eine
Karpfen-Monokultur im extensiven Teil verwendet, so wird eine Altersmischung empfohlen (ein- und
zweisömmerige Karpfen).
Der erwartete Nettofischertrag liegt bei 18 t/ha mit einer zusätzlichen Periphyton-Produktion (13 t/ha von
der intensiven Produktion und 5 t/ha entstammen dem extensiven Fischteich), und 16 t/ha ohne die
Bereitstellung zusätzlicher Oberflächen für das Periphyton (13 t/ha von dem intensiven und 3 t/ha von dem
extensiven Teil). Die empfohlene zusätzliche Oberfläche für das Periphyton entspricht 100% der
Teichoberfläche.
Unsere Ergebnisse belegen, dass die Wirksamkeit des extensiven Teils durch die Entwicklung des
Periphytons auf künstlichen Oberflächen gesteigert werden kann. Die kombinierte Fischproduktion führt zu
einer 25% höheren Proteinnutzung als in der einer intensiven Aquakultur ohne extensiven Teil; mit der
Oberfläche für Periphyton kann dieser Anteil auf bis zu 40% gesteigert werden.
Der Sauerstoffbedarf des Produktionssystems ist höher als das traditioneller Teichwirtschaften aufgrund
der hohen Nährstofffracht und des Fischbesatzes. Die Gesamtrate des Sauerstoffbedarfs beträgt 1,5 g
2
O2/m /Stunde und entstammt der Sauerstoffproduktion der Algen tagsüber. Ein zusätzlicher Sauerstoff40/116
eintrag ist während der Nachtstunden erforderlich. Schaufelradbelüfter können genutzt werden, um
ausreichende Sauerstoffkonzentrationen vorzuhalten und die Wasserzirkulation im Gewässer zu erzwingen.
Entsprechend unserer Berechnungen genügt insgesamt die Leistung von 1 kW, um den Sauerstoffgehalt in
1500 bis 2000 m² Teichfläche während der Nachtstunden mit einem Schaufelradbelüfter aufrecht zu
erhalten. Tagsüber, besonders in den den sonnigen Stunden, ist die Hauptfunktion der Belüfter eine
ausreichende Wasserzirkulation zwischen dem intensiven und extensiven Teil des System zu erhalten, um
die Rückstände des intensiven Teils fortzuspülen. Die Durchmischung ist wichtig, um sicherzustellen, dass
die Algen in der Wassersäule umgewälzt werden, um die Primärproduktion zu verbessern. Die adäquate
Geschwindigkeit der Wasserzirkulation beträgt 5-10 cm/s.
6.4.3. Kritische Faktoren für den Betrieb
Das größte Risiko des Betriebs ist eine ungleichmäßige Reinigungsfunktion durch unvorhersehbare
Schwankungen der Phytoplanktonbiomasse und der Zusammensetzung der Planktonarten in den
Behandlungsteichen.
Deshalb sind die wichtigen Faktoren für die Praxis die homogene Durchmischung des Wassers des
Behandlungsteiches und die Aufrechterhaltung ausreichender Sauerstoffkonzentrationen, um den
Sauerstoffbedarf für Fische, Nitrifikation und Zersetzungsprozesse sicherzustellen.
Die kritische Sauerstoffkonzentration beträgt 4 mg/l. Sie ist auch von Bedeutung, um permanent anaerobe
Bedingungen in dem System zu vermeiden. Der Gesamt-Ammonium-Stickstoff und die Nitrit-StickstoffKonzentration sollten unter 0,5 mg/l liegen. Das Auftreten höherer Ammoniumkonzentrationen weist auf eine
unzureichende Nitrifizierung hin oder auf eine Überlastung des Systems. In den Fällen eines zu hohen
Ammoniumgehaltes sollte die Futtermenge reduziert und die künstliche Belüftung intensiviert werden, bis die
Ammonium- und Nitritkonzentrationen auf akzeptable Werte zurückgehen.
Um die Akkumulation von Nährstoffen im Sediment zu vermeiden ist eine periodische Belüftung durch
Trockenlegung erforderlich. Es wird empfohlen, den Teich im Winter trocken zu lassen, da die Mineralisation
von Stickstoff und organischem Kohlenstoff während dieser Zeit stattfinden kann. Darüber hinaus reduziert
die Trockenphase das Auftreten von Parasiten und anderen Krankheitserregern.
Die Futtermengen müssen an die Temperaturschwankungen angepasst werden.
6.4.4. Entwurf einer theoretischen Fischzucht mit einer Produktionskapazität von 80 t/Jahr
Eine theoretische Fischzucht mit einem erwarteten Bruttoertrag von etwa 50 t intensiv produziertem
Raubfisch sowie 30 t Karpfen ist nachfolgend beschrieben. Mit einem erwarteten Profit von 22.000 €
(6.2 Millionen HUF) kann sie als Klein- oder Familienbetrieb charakterisiert werden (siehe Tabelle 22).
Basierend auf den Ergebnissen der Experimente und unter Berücksichtigung ökonomischer Überlegungen,
schlagen wir den Aufbau eines 2,5 ha großen Teich-in-Teich-Systems vor. Das System besteht aus zwei
Teichen, die beide je vier Netzgehege für die intensive Zucht von Raubfischen beinhalten (Besatzdichte:
20 kg/m³, Futterquotient 1,5). In dem extensiven Teil des Teiches ist es ratsam, Karpfen ohne zusätzliche
Fütterung zu züchten (Besatzdichte 6 t/ha). Es sollte zusätzliche Oberfläche bereitgestellt werden, um ein
zusätzliches Wachstum von Periphyton zu ermöglichen (10 000 m² Oberfläche/Hektar). Das Wasser sollte
mit vier Schaufelradbelüftern in jedem Teich in Bewegung gehalten (jeweils 2 kW).
Intensiver
Teil
Extensiver
Kombination
Teil
Besatz
Intensiver
Teil
Abfischung
16
15
2 t/ Netzgehege
2
(100 m )
7.5 t/ Teich
(1.25 ha)
6.4
6
12.4
ha (t/ha)
FQ
1.5
-
1.0
Nettoertrag
Futterverbrauch
51 t
-
51 t
gesamt (t)
Einheit
ha (t/ha)
Extensiver
Kombination
Teil
31
50
27.5
6.25 t/ Netzgehege
2
(100 m )
15 t/ Teich
(1.25 ha)
20
13.75
31
gesamt (t)
34 t
12.5
46.5
ha (t/ha)
13.6
5
18.6
gesamt (t)
Einheit
Tabelle 22: Fischbesatz und Erträge der theoretischen Fischzucht
41/116
77.5
Gesamtteichoberfläche 1,25 ha
Gesamtteichoberfläche: 1,25 ha
Intensive Fischproduktion
100 m2
100 m2
100 m2
100 m2
100 m2
100 m2
100 m2
100 m2
Abb. 7: Schematische Darstellung der theoretischen Fischzucht
Die berechneten Investitionskosten erlauben den Kauf von 3,5 ha Land (5000 €, 1,4 Mio. HUF), die Anlage
einer 2,5 ha großen Teichfläche (54 000 €, 15 Mio. HUF) mit einem 800 m³ großen Netzgehege (3 000 €,
0,8 Mio. HUF), das Einbringen künstlichen Substrats für das Periphyton (4 000 €, 1,2 Mio. HUF) und die
Bereitstellung notwendiger Materialien für den Start (2 000 €, 0,6 Mio. HUF). Weitere Berechnungen sind der
folgenden Tabelle zu entnehmen. In der Kosten-Nutzen-Analyse wird von konstanten Preisen ausgegangen.
Die Investitionskosten sind im vierten Jahr zurückgezahlt, während der aktuelle Investitionswert bei einer
10%igen Abschreibungsrate 74 000 € (20,7 Mio. HUF) nach zehnjährigem Betrieb ausmacht.
* 1 Euro = 275 HUF (13.05.2009)
0. Jahr 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr 4. Jahr 5. Jahr 6. Jahr 7. Jahr 8. Jahr 9. Jahr 10. Jahr
Investition
67 857
Verbleibender Wert nach
10 Jahren
17 857
Futterkosten
36 643
36 643
36 643
36 643
36 643
36 643
36 643
36 643
36 643
36 643
Saatkosten
62 857
62 857
62 857
62 857
62 857
62 857
62 857
62 857
62 857
62 857
Arbeitskosten
7 857
7 857
7 857
7 857
7 857
7 857
7 857
7 857
7 857
7 857
Energiekosten und
Wassergebühren
6 714
6 714
6 714
6 714
6 714
6 714
6 714
6 714
6 714
6 714
Gesamtkosten
Gesamtertrag
114 071 114 071 114 071 114 071 114 071 114 071 114 071 114 071 114 071 114 071
136 071 136 071 136 071 136 071 136 071 136 071 136 071 136 071 136 071 136 071
Cashflow
-67 857 22 000
22 000
22 000
22 000
22 000
22 000
22 000
22 000
22 000
39 857
Diskont. Cashflow (r=10%)
-67 857 20 000
18 182
16 529
15 026
13 660
12 418
11 289
10 263
9 330
15 367
Kumulat. diskont. Cashflow
-67 857 -47 857 -29 675 -13 146
1 880
15 540
27 959
39 248
49 511
58 841
74 208
Tabelle 23: kosten-Nutzen-Analyse einer theoretischen Fischzucht (EUR, die Kalkulation basiert auf einem Wechselkurs
von 280 EUR/HUF)
42/116
Fallstudie in Polen
7.
Verbesserte natürliche Produktion in extensiven Fischteichen –
Fallstudie in Polen
7.1. Neue Fischarten und Methoden in der Karpfenteichwirtschaft: Modul POLYKULTUR
Die Mehrheit der Teichwirtschaften in Polen wird als Monokultur mit Karpfen betrieben. Andere Fischarten,
die zusammen mit Karpfen in Polykultur produziert werden, haben wegen schwacher Nachfrage nur einen
geringen Marktwert. Daher lassen sich wirtschaftliche Verluste, die durch eine schrumpfende Nachfrage
nach Karpfen entstehen, wegen der geringen Diversifizierung der Produktion nicht auffangen. Zudem sind
Monokulturen im Hinblick auf die Nährstoffnutzung nicht effizient. Eine Möglichkeit zur Steigerung der
Rentabilität der Karpfenteichwirtschaften und zur Senkung der negativen Umweltauswirkungen sind neue
Arten, die in Polykultur gehalten werden.
Die Einführung neuer Fischarten würde das Produktangebot der Teichwirtschaften vergrößern und sie in die
Lage versetzen, mit anderen Fischproduzenten besser zu konkurrieren. In der Polykultur der
Karpfenteichwirtschaft wäre der Ersatz der pflanzen- und planktonfressenden Cypriniden die vernünftigste
Lösung. Der amerikanische Löffelstör (Polyodon spathula) könnte eine geeignete Art für diese
Nahrungsnische darstellen, wie die Auswertung der Literatur und erste praktische Erfahrungen zeigten.
Der Löffelstör ist ein störartiger Fisch. Sein natürlicher Lebensraum sind langsam fließende Flüsse in der
gemäßigten Zone von Nordamerika. Im Verlauf seines Lebens ernährt sich der Löffelstör, im Unterschied zu
anderen Störarten, ausschließlich von Planktonorganismen und erreicht eine Länge von 2 m. Er wird wegen
des Geschmacks seines Fleischs und seines Rogens sehr geschätzt. Während der 1980er Jahre wurde der
Löffelstör nach Polen importiert, konnte sich aber bisher am Markt nicht durchsetzen. Der Löffelstör ist ein
Filtrierer und bietet sich wegen seines raschen Wachstums als erstklassiger Ersatz für den Marmorkarpfen in
der Polykultur an. Neben den wirtschaftlichen Vorteilen verbessert die Präsenz einer filtrierenden Fischart
die Nährstoffdynamik im Teich und die Rückhaltung von Stickstoff und Phosphor in der Fischbiomasse. Auf
diese Weise kann der Nährstoffaustrag in die Vorfluter reduziert werden.
Die Technologie, die in diesem Modul entwickelt wurde, eröffnet den Teichwirten neue Möglichkeiten. Der
Löffelstör wird hier in die Polykultur als Ersatz für den Marmorkarpfen integriert. In den folgenden Kapiteln
werden die Artenzusammensetzung in der Polykultur, die zu erwartende Produktion, die wirtschaftlichen
Ergebnisse, sowie praktische Beobachtungen im Zusammenhang mit der Löffelstör-Zucht beschrieben. Die
hier vorgestellte Technologie benötigt außer dem Erwerb des neuen Fischbesatzes keinerlei Investitionen.
Fischbesatz
Bei den verschiedenen Versuchsanordnungen wurde sicher gestellt, dass jedes Nahrungsspektrum der
Fische (bodenorientierte Fische, Filtrierer, Pflanzenfresser) im Bezug auf Fischbiomasse zu gleichen Teilen
abgedeckt war (Tabelle 24).
Spezies
Graskarpfen
(Ctenopharyngodon idella)
Silberkarpfen
(Hypophthalmichthys molitrix)
Marmorkarpfen
(Aristichthys nobilis)
Löffelstör
(Polyodon spathula)
Schleie
(Tinca tinca)
Karpfen
(Cypriunus carpio)
Stör
(Acipenser baerii)
Monokultur
-
Polykultur Schleie Polykultur Karpfen
30 kg/ha
500 g
60 kg/ha
500 g
72 kg/ha
100 g
-
-
Polykultur Stör
30 kg/ha
500 g
60 kg/ha
500 g
30 kg/ha
500 g
60 kg/ha
500 g
-
-
72 kg/ha
500 g
72 kg/ha
500 g
-
-
150 kg/ha
250 g
45 kg/ha
250 g
105 kg/ha
250 g
150 kg/ha
250 g
-
-
-
-
150 kg/ha
250 g
-
Tabelle 24. Fischbesatz im Polykultur-Modul (Besatzgewicht insgesamt und durchschnittliche Stückmasse pro Fisch)
43/116
Fallstudie in Polen
Die Versuche wurden mit zweifacher Wiederholung angesetzt. Der Besatz erfolgte Ende April und nach 5
Monaten wurde abgefischt.
Teiche
Der Pilotversuch wurde über zwei Saisons hinweg durchgeführt. Es wurden typische Karpfenteiche mit
natürlichem Untergrund (ohne Folie) verwendet. Alle Versuche wurden in einem Komplex von
Versuchsteichen durchgeführt, der im Süden Polens liegt (18°45’E, 49°53’N). Die Größe der Teiche beträgt
2
3
je 1 500 m , die durchschnittliche Tiefe ist 1 m. Der Rauminhalt beträgt entsprechend 1 500 m . Die Teiche
lassen sich vollständig trockenlegen und werden mit Wasser aus der Weichsel gespeist.
Düngung
Die Teiche wurden wöchentlich mit Carbamid (46% N) und Superphosphat (20% P) gedüngt. Dies führte zu
einer Düngungsintensität von 147 kgN/ha und 25 kgP/ha pro Saison.
Fischproduktion
Die Versuchsanordnung 'Polykultur Karpfen' mit einem Fischbesatz mit Löffelstör und Karpfen zugleich hatte
den größten Fischzuwachs von allen Versuchsvarianten, die in diesem Modul getestet wurden (siehe Tabelle
25). Der Löffelstörzuwachs war hier ca. 30% größer als der Karpfenzuwachs. Der Karpfenzuwachs ist in den
Versuchsvarianten 'Monokultur' und 'Polykultur Karpfen' (mit Löffelstörbesatz) vergleichbar. Der Löffelstör
war in beiden Versuchsvarianten, in denen er eingesetzt wurde, in 'Polykultur Karpfen' und 'Polykultur Stör',
für den Hauptanteil der gesamten Fischproduktion verantwortlich (siehe Abb. 8). Das Ausbrechen des Koi
Herpes Virus (KHV) in der “Polykultur Schleie” führte zu einer hohen Sterblichkeitsrate beim Karpfen in
dieser Versuchsvariante und zu dem entsprechend niedrigen Fischzuwachs. Der Zuwachs beim
Marmorkarpfen erreichte in dieser Versuchsvariante nur 53% des Zuwachses beim Löffelstör, der in den
anderen beiden Polykultur-Versuchsvarianten eingesetzt wurde.
Der geschätzte Wert des Fischzuwachses in allen getesteten Versuchsvarianten wird in Abb. 9 dargestellt.
Die durchschnittlichen Einzelhandelspreise in Polen, die zur Berechnung herangezogen wurden, werden in
Tabelle 26 dargestellt. Unter der Annahme der Richtigkeit dieser Preise war der ökonomische Wert des
produzierten Löffelstörs (Zuwachs in einer Saison) ungefähr dreimal höher als der Wert aller anderen in
Polykultur gezüchteten Arten zusammen.
Spezies
Monokultur
Polykultur Schleie
Polykultur Karpfen
Polykultur Stör
Graskarpfen
-
85 kg/ha; 95 %
100 kg/ha; 100 %
91 kg/ha; 100 %
Silberkarpfen
-
65 kg/ha; 65 %
99 kg/ha; 70 % g
91 kg/ha; 70 %
Marmorkarpfen
-
280 kg/ha; 83 %
-
-
Löffelstör
-
-
567 kg/ha; 65 %
488 kg/ha; 67 %
Schleie
-
24 kg/ha; 87 %
-
-
Karpfen
438 kg/ha; 95 %
49 kg/ha; 37 %
426 kg/ha; 65 %
-
-
-
-
102 kg/ha; 89%
Stör
Tabelle 25: Fischzuwachs und Überlebensrate im Polykultur-Modul
Preis (PLN/kg)
Preis (€/kg)
Karpfen
10,04
2,23
Schleie
13,30
2,95
Stör
26,87
5,97
8,43
1,87
Silberkarpfen
Marmorkarpfen
Löffelstör*
Graskarpfen
8,43
1,87
26,87
5,97
9,00
2,00
* geschätzter Wert, basierend auf anderen Störpreisen (keine realen Werte erhältlich)
Tabelle 26. Durchschnittliche Einzelhandelspreise für die im Polykultur-Modul verwendeten Fische
44/116
Fallstudie in Polen
1200
Produktion [kg/ha]
1000
Graskarpfen
800
Löffelstör
Marmorkarpfen
600
Silberkarpfen
400
Stör
Schleie
200
Karpfen
0
MONOKULTUR
KARPFEN
POLYKULTUR
KARPFEN
POLYKULTUR
STÖR
POLKULTUR
SCHLEIE
Abb. 8: Durchschnittlicher Zuwachs der untersuchten Bestände
Produktionswert [€/ha]
5000
4000
Graskarpfen
Löffelstör
3000
Marmorkarpfen
Silberkarpfen
2000
Stör
Schleie
1000
Karpfen
0
MONOKULTUR
KARPFEN
POLYKULTUR
KARPFEN
POLYKULTUR
STÖR
POLKULTUR
SCHLEIE
Abb. 9: Geschätzter Wert der während der Untersuchungssaison gewonnenen Zuwachses
Der zu Beginn des Projekts zugekaufte Löffelstör wurde unter extensiven Bedingungen in Karpfenteichen
ohne zusätzliche Fütterung gehalten. Die Fische ernährten sich ausschließlich von Plankton. Das
durchschnittliche Gewicht der einzelnen Fische im 10., 18. und 30. Monat der Produktion wird in Abb. 10 auf
der nächsten Seite dargestellt.
Primärproduktion
Die höchste durchschnittliche Nettoprimärproduktion des Planktons (0,349 mgO2/L·h) wurde in den Teichen
gemessen, in denen die Versuchsvariante 'Polykultur Karpfen' mit Karpfen und Löffelstör getestet wurde. Sie
war um 53% höher als in Monokultur. Dieser beträchtliche Unterschied entsteht durch das Nahrungsspektrum des Löffelstörs, der die Zusammensetzung des Planktons wesentlich beeinflusst. Der Löffelstör
ernährt sich hauptsächlich von Zooplankton. Das Abgrasen von Zooplankton begünstigt das Wachstum
autotropher Algen und damit die Nettoprimärproduktion des Teichwasserkörpers.
Der Karpfen übernimmt ebenfalls eine wichtige Funktion bei der Nettoprimärproduktion, da er den
45/116
Fallstudie in Polen
Gewässergrund bei der Nahrungsaufnahme durchwühlt und so zu einer effizienten Aufwirbelung von
Bodensedimenten beiträgt. So führte das Fehlen des Karpfens in der Versuchsvariante 'Polykultur-Stör' zu
einer um 24% niedrigeren Primärproduktion im Vergleich mit der Variante 'Polykultur Karpfen' (Abb. 11).
.
Primärproduktion [mgO 2 /L·h]
Abb. 10: Durchschnittliche (±SD) Stückmasse des Löffelstörs in drei aufeinander folgenden Jahren
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
Monokultur
Karpfen
Polykultur
Karpfen
Polykultur Stör
Polykultur
Schleie
Abb. 11: Primärproduktion im Saisondurchschnitt in den Teichen mit den untersuchten Beständen
Energieeffizienz
In der Teichwirtschaft wird externe Energie zum größten Teil für den Transport und für die Verarbeitung der
Fische benötigt. Der Energiebedarf ist sehr unterschiedlich und hängt stark von der Größe der Aquakultur,
den Eigenschaften der Teiche und der verwendeten Ausrüstung ab. Diese Faktoren beeinflussen den
Energiebedarf sehr viel mehr als die jeweilige verwendete Produktionstechnologie.
Aus diesen Gründen wurde die Energieeffizienz in diesem Modul nicht untersucht.
Wasserverbrauch
Für die extensive Karpfenzucht sind große Wassermengen zur Bespannung der Teiche im Frühjahr
erforderlich. Der Wasserverbrauch (Zufuhr), in Litern pro kg Produkt ausgedrückt, ist zehn- bis hundert Mal
so groß wie in der intensiven Fischzucht. Allerdings darf man die Wassermengen, die in der Teichwirtschaft
46/116
Fallstudie in Polen
verwendet werden, nicht nur aus Sicht der Fischproduktion betrachten. Die großen Wasserflächen der
Teiche sind wichtige Elemente im Ökosystem und tragen zum Wasserrückhalt und zum lokalen
Wasserkreislauf bei.
Die Teiche, die im Rahmen des Polykultur-Modul genutzt wurden, sind Teil desselben Teichkomplexes und
liegen direkt nebeneinander. Sie unterliegen also den gleichen klimatischen Bedingungen. Das Wassermanagement war in allen Versuchsanordnungen gleich. Dementsprechend wurden die Berechnungen, die in
den folgenden Abschnitten dargestellt werden, für den gesamten Teichkomplex, nicht für die einzelnen
Teiche, vorgenommen. Die Unterschiede zwischen den getesteten Versuchsvarianten sind also
ausschließlich auf den unterschiedlichen Fischzuwachs zurückzuführen.
Wasserzulauf: l/kg Produkt
3
Die Versuchsvariante 'Polykultur-Karpfen' erreichte mit einem Wasserbedarf von 8,4 m /kg Fisch die besten
Werte. Dies ist eine deutliche Verbesserung im Vergleich zur Monokultur, bei der der Wasserbedarf pro kg
Produkt mehr als doppelt so hoch sein kann (Tabelle 27).
3
m /kg
MONOKULTUR KARPFEN
POLYKULTUR KARPFEN
26,5
8,4
POLYKULTUR STÖR
15,4
POLYKULTUR SCHLEIE
19,9
Tabelle 27: Wasserzufuhr ausgedrückt in
3
Volumen pro Produktgewicht (m /kg)
Wasserablauf: l/kg Produkt
Im Allgemeinen entspricht der Wasserabfluss eines Teiches dem
Volumen des abgefischten Teiches. Allerdings trägt der Überlauf
zum gesamten Wasserabfluss bei, wenn die Wasserverluste
während einer Zuchtsaison, die durch Versickern und
Evapotranspiration verursacht werden, durch Niederschlag
kompensiert
werden.
Für
die
Berechnungen
des
Wasserabflusses wurden das Gesamtvolumen des Teichkomplexes und die Niederschlagswerte herangezogen. Je nach
Versuchsvariante bewegten sich die Werte des Wasserablaufs
3
zwischen 13,81 und 43,65 pro m /kg Rohprodukt (Tabelle 28).
Im Modul 'Polykultur' gibt es die folgenden fünf Hauptquellen für
die Nährstoffzufuhr:
•
Dünger (Harnstoff und Superphosphat) – Hauptquelle von
Stickstoff (N) und Phosphor (P) in diesem Modul
•
Zulaufwasser – das Flusswasser, das zum Bespannen der
Teiche genutzt wurde, enthält die Nährstoffe aus dem
Flusseinzugsgebiet; die Nährstoffmenge ist relativ gering,
aber nicht zu vernachlässigen. Für die Berechnungen wurde
nur das Einzelvolumen des Teichs herangezogen;
3
m /kg
MONOKULTUR KARPFEN
43,65
POLYKULTUR KARPFEN
13,8
POLYKULTUR STÖR
25,4
POLYKULTUR SCHLEIE
32,8
Tabelle 28. Wasserablauf, ausgedrückt in
Volumen pro Produktgewicht
•
Sedimentablagerungen – Nährstoffe sammeln sich auch im
Sediment an und stehen so 'biologisch' zur Verfügung. Sie stellen eine weitere Hauptquelle von
Stickstoff und insbesondere von Phosphor dar, da ein großer Anteil des Phosphatdüngers im Sediment
gebunden wird. Allerdings zeigen quantitative Analysen im Bodensediment der Teiche vor und nach der
Zuchtsaison keine wesentlichen Unterschiede in der Stickstoff- und Phosphorkonzentration. Die
quantitative Steigerung dieser Verbindungen wurde für N bzw. P auf +0,84% und +0,45% geschätzt.
Daraus ergibt sich eine Steigerung von 1,57 kg P/ha im Vergleich zu 26,9 kg P/ha aus der Düngung und
ein Plus von 19,35 kg N/ha im Vergleich zu 159 kg N/ha durch Dünger. Folglich wurde die Bodenschicht
nicht in die Berechnungen aufgenommen.
•
Regenwasser und Verdunstung – externe, unkontrollierte Nährstoffquellen. Im Fall des PolykulturModuls ist die Verdunstung im Gegensatz zum Regenwasser zu vernachlässigen. Das Regenwasser
wurde jedoch nicht auf seinen P- und N-Anteil hin analysiert und wurde folglich auch bei den
Berechnungen nicht berücksichtigt.
•
Stickstoffbindung – einige Blaualgen und Bakterien können molekularen Stickstoff in organische
Verbindungen einbinden und reichern so das Ökosystem mit biologisch zur Verfügung stehendem
Stickstoff an. Die Bedeutung dieser Prozesse kann besonders in warmem Wasser groß sein, unter den
klimatischen Bedingungen der Fallstudie ist sie jedoch im Vergleich zur Düngung zu vernachlässigen.
Aufgrund dieser Hypothese wurde die Stickstoffbindung bei den Berechnungen nicht berücksichtigt.
Dementsprechend beruhen die Berechnungen zur Nährstoffverwertung auf den Nährstoffeintrag durch
Düngung und das Zulaufwasser. Die Nährstoffverwertung der Versuchsanordnung 'Polykultur-Karpfen'
47/116
Fallstudie in Polen
wurde auf 20,9% und 10,8% für N bzw. P geschätzt und erreichte die besten Werte aller Versuchsvarianten
(Tabelle 29). Für den Stickstoff wurden die N2-Bindung und die N2-Abnahme durch Denitrifizierung
berücksichtigt.
STICKSTOFF
ZUFUHR
RÜCKHALTUNG
kg/ha
%
MONOKULTUR KARPFEN
POLYKULTUR KARPFEN
POLYKULTUR STÖR
POLYKULTUR SCHLEIE
159,1
159,1
159,1
159,1
10,6
33,3
18,1
14,0
6,6
20,9
11,4
8,8
PHOSPHOR
ZUFUHR
RÜCKHALTUNG
kg/ha
%
30,9
30,9
30,9
30,9
1,1
3,3
1,8
1,4
3,4
10,8
5,9
4,6
Tabelle 29. Rückhaltung von Stickstoff und Phosphor in der Fischbiomasse
Harnstoff bildet die einzige nennenswerte externe Kohlenstoffquelle. Kohlenstoff (C), der durch Dünger
eingebracht wurde, sowie C und CO2, die mit dem Oberflächenabfluss oder Zulaufwasser ins System
gelangen, können vernachlässigt werden. Der gesamte organische Kohlenstoff im Teichsystem stammt aus
der Primärproduktion. Die Wege von organischem Kohlenstoff im Ökosystem Teich sind sehr komplex und
schwanken während der Zuchtsaison. Die Menge von organischem Kohlenstoff in einem Gewässer lässt
sich berechnen (basierend auf CSB).
Nährstoffaustrag
Ein sachgerecht gewarteter Teich leitet während der Zuchtsaison kein Wasser ab, da jegliche Nährstoffverluste unerwünscht sind. Dies trifft auch für die extensiv bewirtschafteten Teiche im Modul Polykultur zu.
Während der Zuchtsaison werden Nährstoffe nur durch Versickern verloren. Allerdings ist dies äußerst
fallspezifisch und macht nur einen geringen Anteil des Nährstoffverlusts während einer Zuchtsaison aus. Der
größte Teil der Nährstoffe wird während des
Ablassens der Teiche bei der Abfischung
Nährstoffaustrag
ausgetragen.
kgN/kg Fisch kgP/kg Fisch
Der Nährstoffaustrag wird dementsprechend wie
folgt berechnet: es wird angenommen, dass der MONOKULTUR KARPFEN
0,39
0,079
Nährstoffaustrag gleich der Nährstoffkonzen0,1
0,023
tration im Teich vor der Abfischung ist. Dieser POLYKULTUR KARPFEN
Betrag wird anschließend mit dem Teichvolumen POLYKULTUR STÖR
0,22
0,045
multipliziert.
POLYKULTUR SCHLEIE
0,29
0,059
Wie bei der Wasserzufuhr hängen die
unterschiedlichen Werte der verschiedenen Tabelle 30. Nährstoffverlust durch ausgeleitetes Wasser pro
Versuchsvarianten vor allem mit dem Fisch- kg produziertem Fisch
zuwachs zusammen. Die Nährstoffkonzentration
im
Wasserabfluss
war
dementsprechend
unbedeutend für die Unterschiede, die in den Versuchsvarianten festgestellt wurden. In diesem Modul
wurden nur die Mengen von Stickstoff und Phosphor geschätzt (Tabelle 30).
Produktivitätssteigerung pro Arbeitseinheit
Das hier vorgestellte Modul (Besatz mit Löffelstör) hat wenig Einfluss auf die normalen Abläufe und
Ausrüstung in der Karpfenwirtschaft. Allerdings wurde festgestellt, dass bei der Abfischung, insbesondere
beim Sortieren, mehr Arbeitsleistung notwendig ist. Die Abfischung bei Polykulturen erfordert im Vergleich
mit Monokulturen ca. 10% mehr Zeit bzw. Arbeit.
Der Arbeitsaufwand wird sehr stark von den verwendeten Anlagen und Geräten sowie von der Anzahl und
der Erfahrung der eingesetzten Arbeitskräfte abhängen. Die Größe bzw. Anzahl der abgefischten Teiche
spielt gleichfalls eine große Rolle.
Die wesentlichen Ergebnisse in diesem Modul sind folgende:
•
Der Löffelstör als Ersatz für den Marmorkarpfen in nachhaltigen, extensiven Karpfenteichkulturen
führt zu einem beträchtlichen Anstieg des Fischzuwachses.
•
Der hohe Marktwert des Löffelstörs kann die Rentabilität einer Teichwirtschaft steigern, indem
qualitativ hochwertige Produkte erzeugt werden.
48/116
Fallstudie in Polen
Filtrierende Fischarten erhöhen die Nährstoffdynamik in den Teichen. Auf diese Weise kann ein
höherer Rückhalt von Stickstoff und Phosphor in der Fischbiomasse und dementsprechend eine
Reduzierung der Nährstoffanreicherung in der Umwelt erreicht werden.
Trotz dieser vielversprechenden Ergebnisse gilt es für die Löffelstör-Produktion auch folgende
Einschränkungen zu berücksichtigen:
•
•
Hoher Satzfischpreis von ca. 8 € je Fisch (1 Jahr alt, ~100 g): Dieser hohe Preis hängt mit den
hohen Anforderungen bei der Reproduktion von Löffelstör zusammen.
•
Probleme bei der Zucht von Löffelstör:
o
Junge Löffelstöre sind eine leichte Beute für Vögel, deshalb sollte der Produktionsteich mit
Netzen überspannt werden.
o
Wenn sie abgefischt werden, müssen die Fische mit großer Vorsicht behandelt werden, da sie
sehr empfindlich gegenüber Verletzungen sind.
o
Für das Sortieren der Fische wird zusätzlicher Platz und ein verstärkter Durchfluss benötigt, um
eine ausreichende Sauerstoffversorgung sicherzustellen.
•
Die EU-Gesetzgebung beschränkt die Verwendung nicht heimischer und gebietsfremder Arten in der
Aquakultur. Entsprechend kann die Produktion von Löffelstör in der EU auf Schwierigkeiten stoßen.
Allerdings könnte ein steigender Bedarf an Aquakulturprodukten in der EU die Entwicklung von
Technologien fördern, die die Zucht von nicht heimischen Arten wie dem Löffelstör ohne negative
Auswirkungen auf die Umwelt bzw. Artenvielfalt möglich macht.
Marktbedingte Faktoren:
o
Der Löffelstör ist bislang kein bekannter Speisefisch auf dem EU-Fischmarkt.
o
Die unsichere Nachfrage führt derzeit zu unsicheren Einzelhandelspreisen.
o
Es steht bislang wenig Informationsmaterial über Produktverarbeitung und -qualität zur
Verfügung.
Die oben aufgeführten Punkte bedürfen weiterer Forschung.
•
Die Einführung des Löffelstörs als Ersatz für pflanzen- und planktonfressende Cypriniden
kann die Rentabilität der Teichwirtschaft verbessern. In den Versuchen wurde aufgezeigt, dass der Löffelstör
aufgrund seines guten Wachstums, der ausgezeichneten Qualität von Fleisch und Rogen und den höheren
Marktpreisen ein hervorragender Ersatz für den Marmorkarpfen sein kann. Die Einführung dieser neuen Art
würde die Produktvielfalt in der Karpfenteichwirtschaft erhöhen und sie im Vergleich zu anderen
Fischproduzenten wettbewerbsfähiger machen, da sie Fisch anbieten könnten, für den die Kundennachfrage
potenziell größer ist.
49/116
Fallstudie in Polen
7.2. Praktische Ratschläge und Rückschlüsse für die Züchtung von Löffelstör in Polykultur
7.2.1. Wachstumsleistung des Löffelstörs
Die Wachstumsleistung des Löffelstörs in Karpfenteichen ist untersucht worden. Stückgewicht und Ausfälle
wurden 24 Monate lang während jeder Abfischung aufgezeichnet. Das anfängliche durchschnittliche
Stückgewicht von 10 Monate alten Fischen war ca. 90 g und stieg während der ersten Zuchtsaison auf ca.
2 700 g. Es wurden vor der Überwinterung im Jahr 2008 Fische geschlachtet, um den Darminhalt zu
untersuchen. Im Unterschied zum Karpfen enthielt der Darm des Löffelstörs große Mengen an Plankton.
Dieses Futterverhalten weist auf eine längere Fütterungssaison als beim Karpfen hin und führt dazu, dass
der Löffelstör im Vergleich zum Karpfen während der Überwinterung kein Körpergewicht verliert.
7.2.2. Ausfälle
Die Verlustrate bei der Zucht von Löffelstör könnte das größte Hindernis bei der Einführung dieser Art in die
Teichwirtschaft sein. Während des Zeitraums von 24 Monaten waren Ausfälle im Ausmaß von beinahe 50%
zu verzeichnen. Diese Verlustrate ist zwar vergleichbar mit der des Karpfens. Allerdings ist der
wirtschaftliche Verlust beim Löffelstör aufgrund seines höheren Marktwertes wesentlich gravierender.
Im Folgenden werden auf Grundlage der gesammelten Erfahrungen einige praktische Empfehlungen
vorgestellt, um die Sterblichkeit des Löffelstörs unter realen Produktionsbedingungen zu reduzieren:
•
Bei der Abfischung sind die eingesetzten Arbeiter bislang mehr an Karpfen gewöhnt, der ein sehr
viel widerstandsfähigerer Fisch als der Löffelstör ist. Es sollte jedoch höchste Sorgfalt bei der
Handhabung von Löffelstör angewendet werden. Dies betrifft sowohl die Kescherhandhabung als
auch das Sortieren. Die Arbeitskräfte sollten für die Eigenarten der neuen Art aufgeklärt und
sensibilisiert werden.
•
Besondere Sorgfalt ist bei der Kescherhandhabung und der Konzentrierung der Fische notwendig.
Der Löffelstör verheddert sich leicht mit seinem Maul in den Zugnetzen, die zur Abfischung
verwendet werden. Der bewegungsunfähige Fisch kann so ersticken. Es sollten Netze mit
entsprechend kleinen Maschen verwendet werden, um das Verheddern zu verhindern.
•
Auch eine zu lange Aufbewahrung im Zugnetz zusammen mit anderen Arten kann dazu führen, dass
der Löffelstör erstickt. Dies gilt insbesondere dann, wenn zwischen aufeinander folgenden
Fischtransporten eine Pause entsteht.
•
Nach der Abfischung werden die Fische in Frischwasser gehalten, um die Kiemen auszuspülen. Der
Löffelstör braucht hier mehr Platz zum Schwimmen als der Karpfen, da er keine Kiemendeckel zur
Verfügung hat, die den Durchfluss des Wassers durch die Kiemen zu ermöglichen.
•
Wegen der verlängerten Form des Rostrums passen Löffelstöre nicht in die meisten Handnetze. Hier
werden deshalb oft das Rostrum oder die Kiemen beschädigt. Deswegen sollten Handnetze von
ausreichender Größe verwendet werden, um Verletzungen am Körper oder Kiemen zu vermeiden
•
Junge Löffelstöre sind eine leichte Beute für fischfressende Vögel. Daher müssen Teiche, die mit
Löffelstören von 300-500 g besetzt sind, gegen die Vögel mit Netzen geschützt werden.
7.2.3. Ökologische Leistung
Filtrierende Fischarten wie der Löffelstör verstärken die Primärproduktion des Ökosystems Teich. Wegen
dieser gesteigerten Produktivität des Teichs und den unterschiedlichen Nahrungsnischen der verschiedenen
Fischarten, wurde die Gesamtproduktion in Polykultur im Vergleich zu Monokultur beinahe verdreifacht.
Auch auf hydrochemische und physikalische Wasserparameter wie Sichttiefe und Chlorophyll-Konzentration,
die von der Planktonproduktion abhängen, hat der unterschiedliche Fischbesatz einen großen Einfluss.
Auch die durchschnittliche Konzentration von gelöstem Sauerstoff in Monokultur war niedriger und instabiler
als bei den Versuchsvarianten in Polykultur. Filtrierende Fischarten reduzieren das Risiko einer
unkontrollierten Ausbreitung von Zooplankton und gewährleisten auf diese Weise ein konstanteres
Sauerstoffniveau im Teich. Zooplanktonorganismen ernähren sich nämlich von autotrophen Algen, die
wiederum für die Sauerstoffproduktion im Teich und damit für die Primärproduktion verantwortlich sind.
Das Futterverhalten des Karpfens wirkt sich ebenfalls positiv auf die Primärproduktion aus. Da der Karpfen
bei der Nahrungsaufnahme den Gewässergrund durchwühlt, verursacht er eine effiziente Aufwirbelung von
Bodensedimenten und sorgt auf diese Weise für einen besseren Nährstoffaustausch.
Nachdem in diesem Modul keine anderen Pflanzen oder Tiere außer dem Fisch genutzt werden, kann
ausschließlich der Fischzuwachs für die genannten Unterschiede zwischen den Versuchsvarianten
verantwortlich sein. Die überschüssigen Nährstoffe werden vor allem im Bodensediment abgelagert. Diese
50/116
Fallstudie in Polen
können bei der Abfischung (durch mechanische Aufwirbelung) ins Ablaufwasser gelangen und so zur
Eutrophierung der natürlichen Gewässer beitragen. Eine verbesserte Nährstoffverwertung wie in der
Polykultur eliminiert dieses Phänomen zwar nicht, reduziert es aber beträchtlich.
7.2.4. Wirtschaftliche Leistung
Der Einsatz des Löffelstörs in der traditionellen Karpfenwirtschaft ist eine mögliche Lösung, um deren
Rentabilität zu erhöhen. Da das Fleisch des Löffelstörs dem anderer Störarten ähnlich ist, kann davon
ausgegangen werden, dass es mittelfristig von den Verbrauchern ähnlich geschätzt und den
entsprechenden hohen Preis erreichen wird. Außerdem liefert der Löffelstör sehr guten und wertvollen
Rogen (Kaviar).
Mit der Versuchsvariante 'Polykultur-Karpfen' kann der Fischbesatz mit Löffelstör, Karpfen, Silberkarpfen und
Graskarpfen ohne zusätzliche Fütterung ähnliche Zuwachsraten erreichen wie in der reinen
Karpfenmonokultur mit Getreidefütterung. Während in der Monokultur die Kosten für Weizen und Mais
bezahlt werden müssen, wird in der hier vorgestellten Polykulturvariante ausschließlich kostenloser
landwirtschaftlicher Dünger verwendet. Diese Einsparung der Futterkosten sowie die höheren Marktpreise
für den erzeugten Fisch bringen wesentliche wirtschaftliche Vorteile für die die Versuchsvariante 'PolykulturKarpfen' im Vergleich mit der traditionellen Monokultur.
Eine wirtschaftliche Bewertung der Polykultur muss allerdings auch den höheren Arbeitsaufwand
insbesondere bei der Abfischung berücksichtigen. Auch für das Sortieren der Fische werden mehr
Arbeitsstunden benötigt. Zusätzliche Ausrüstung, z.B. für Netze, Handhabung, Transport und Hälterung des
Löffelstörs, können außerdem notwendig sein.
7.2.5. Empfohlener Fischbesatz
Basierend auf den bereits genannten Ergebnissen kann ein Fischbesatz mit Löffelstör generell empfohlen
werden. Für eine semi-extensive Zucht in Karpfenteichen ohne zusätzliche Fütterung und Verwendung von
landwirtschaftlichem Dünger können folgende Empfehlungen getroffen werden:
•
Der Fischbesatz kann bei allen verwendeten Arten in verschiedenen Altersgruppen erfolgen. Es müssen
jedoch einige grundlegende Voraussetzungen erfüllt sein (siehe Tabelle 31).
•
Eine effiziente Aufwirbelung der Bodensedimente, die für eine effiziente Nährstoffzirkulation in der
Wassersäule sorgt, setzt einen ausreichenden Besatz mit Bodentierfressern voraus. Deshalb ist der
Besatz mit Karpfen insbesondere im zweiten und dritten Zuchtjahr von Vorteil.
•
Die Besatzdichte sollte sich an der geplanten Düngungsintensität und der Fruchtbarkeit des Teichs
orientieren. Der geschätzte Zuwachs von Karpfen in einem Teich, der pro Saison mit 40 kgP/ha und
240 kgN/ha gedüngt wird, beträgt 450 kg/ha.
•
Die Besatzdichte und die
Stückmasse müssen nach dem
erwünschten
Endgewicht
errechnet werden.
•
Beim Löffelstör kann ein
Zuwachs von ca. 600 kg/ha
und eine Stückmasse von 1750
und 3500 g nach der zweiten
bzw.
dritten
Zuchtsaison
erwartet werden. Die Besatzdichte des Löffelstörs, die in
Tabelle 31 dargestellt wird,
basiert ausschließlich auf der
Wachstumsleistung, die in den
Versuchen von SustainAqua
gemessen wurde. Diese Werte
bestimmen nicht das maximale
Wachstumspotenzial des Löffelstörs unter Produktionsbedingungen.
Fischart
Geschätzter
Fischzuwachs
Erwünschtes
Endgewicht
Stückmasse
Besatzdichte
[kg/ha]
[kg/ind]
[kg/ind]
[ind/ha]
Karpfen
Löffelstör
Silberkarpfen
Graskarpfen
400
0,3
0,05
1 600
400
1,2
0,2
400
600
1
0,1
667
600
2
1
600
600
3
2
600
70
1,5
0,5
70
70
0,5
0,1
175
100
1,5
0,5
100
100
0,5
0,1
250
Tabelle 31. Beispiel für Planung der Bestandsdichte
7.2.6. Maßgebliche Einschränkungen bei der Löffelstörzucht
Trotz der vielen positiven Aspekte im Zusammenhang mit der Löffelstörzucht gibt es auch einige
Einschränkungen, die es zu berücksichtigen gilt:
51/116
Fallstudie in Polen
•
Besatzmaterial: Derzeit wird der Löffelstör in Polen nicht kommerziell reproduziert. Sämtliches
Besatzmaterial wird als befruchtete Eier oder Brut importiert. Dies ist der Hauptgrund für den hohen
Preis des Besatzmaterials. Der Preis liegt derzeit bei ca. 8 € pro 100 g Fisch. Allerdings vermelden
einige polnische Fischfarmen Fortschritte bei der Reproduktion. Sobald der Löffelstör kommerziell
reproduziert werden kann, werden die entsprechenden Preise merklich fallen. In der EU wurde eine
erfolgreiche Reproduktion von Löffelstör bereits aus der Tschechischen Republik und aus Rumänien
gemeldet.
•
Neue Techniken erforderlich: Die Einführung neuer Fischarten verlangt nach neuen Techniken, die
hauptsächlich mit der Handhabung des Fischs und der Ausbildung der Arbeitskräfte bei der Abfischung
zusammenhängen. Die wichtigsten Empfehlungen sind in den vorangegangenen Kapiteln bereits
aufgelistet.
•
EU-Gesetzgebung: Der Löffelstör ist in Europa eine nicht heimische Art. Die EU-Gesetzgebung
beschränkt die Einführung neuer Arten in die Aquakultur. Folglich kann die Zucht von Löffelstör in der
EU auf Schwierigkeiten stoßen. Allerdings räumt die EU-Richtlinie den Mitgliedsstaaten gewisse
Freiräume bei der Umsetzung in nationales Recht ein. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, dass
auch andere Fischarten, die in Polen und anderen EU-Staaten produziert werden, im Sinne der
Richtlinie nicht heimisch bzw. gebietsfremd sind. Bei den Arten, die im Modul Polykultur genutzt werden,
gilt nur die Schleie als einheimisch. Der steigende Bedarf an Aquakulturprodukten in der EU könnte
jedoch die Entwicklung von Technologien forcieren, die die Produktion von nicht heimischen Arten wie
dem Löffelstör ohne negative Auswirkungen auf die Umwelt bzw. Artenvielfalt ermöglichen.
•
Markt für Lebendfisch: Der Löffelstör ist keine etablierte Art auf dem EU-Fischmarkt. Dies gilt
insbesondere für Polen, aber auch für andere Länder. Das lange Rostrum macht den Fisch zwar
einerseits interessant, aber die meisten Verbraucher mögen das Aussehen des Fischs nicht. Der
Gesamteindruck des Löffelstörs kann die Nachfrage und den Wert negativ beeinflussen. Der Verkauf
1
von lebendem oder lediglich ausgenommenem Fisch wird dementsprechend keinen größeren Markt
finden. Allerdings ist eine bescheidene, aber konstante Nachfrage nach dem ganzen Fisch zu erwarten.
•
Verarbeitung: Der Löffelstör sollte entsprechend vor allem als verarbeitetes Produkt auf dem Markt
angeboten werden. Allerdings sind bei der Verarbeitung wegen der ungewöhnlichen Gestalt des
Löffelstörs bestimmte technische Schwierigkeiten zu erwarten. Es stehen keine oder nur sehr dürftige
Informationen im Bezug auf die Verarbeitung und die Qualität des Endprodukts zur Verfügung. Es gibt
ebenfalls keine wissenschaftlichen Informationen über die Haltbarkeit oder Verbrauchervorlieben.
•
Preise: Der Einzelhandelspreis hängt stark vom Preis für das Besatzmaterial und von der Akzeptanz
durch den Verbraucher ab. Allerdings kann man wegen der Ähnlichkeit der Fleisch- und Rogenqualität
mit anderen Störarten von einem ähnlich hohen Preis ausgehen.
•
Verbraucherbewusstsein: Das steigende Bewusstsein der Verbraucher bezüglich artgerechter
Tierhaltung ist ein wesentlicher Faktor. Jede Art stellt eigene Anforderungen an ihre Umwelt. Der
Löffelstör entwickelte sich zwar hinsichtlich Wachstumsrate in den hier durchgeführten Versuchen sehr
gut. Allerdings entsprechen Fischteiche nicht seinem natürlichen Lebensraum. Die Umweltbedingungen
in einem Karpfenteich könnten für den Löffelstör suboptimal sein. Das Gleiche betrifft die Handhabung
und den Transport des Löffelstörs. Auch dieses Thema bedarf weiterer Forschung.
1
Die Abgabe von lebendem Fisch an Endverbraucher (Schlachten zu Hause) ist in Deutschland verboten.
52/116
Fallstudie in Polen
7.3. Nutzung von Nährstoffen aus landwirtschaftlichen Reststoffen in der Teichwirtschaft:
Modul KASKADE in Polen
Die fortschreitende Spezialisierung der Landwirtschaft in Mitteleuropa führt zu einer starken Intensivierung
und Konzentration in der Tierproduktion. In diesen Großbetrieben besteht keine Möglichkeit mehr,
überschüssige Nährstoffe betriebsintern für andere Produktionsabläufe zu nutzen. Die Entsorgung von Gülle
wird wegen gesetzlicher Auflagen und technischer Einschränkungen zunehmend zum Problem. Für ein
kostengünstiges, nachhaltiges, umweltfreundliches und leicht anwendbares Verfahren zur Nutzung von
Gülle gäbe es ein großes Anwendungspotenzial.
In einem Fischteich laufen viele unterschiedliche biochemische Prozesse ab, die auch durch das
unterschiedliche Fressverhalten der Fische beeinflusst werden können. Energie- und Nährstoffquelle kann
dabei z. B. auch Gülle aus der Tierhaltung sein, die durch die verschiedenen Stoffkreisläufe im Ökosystem
Teich schließlich als natürliche Fischnahrung dient. Zunächst erfolgt die Umwandlung der Gülle in
anorganische Nährstoffe (Mineralisation), die wiederum den Pflanzen und Algen für ihr Wachstum zur
Verfügung (Primärproduktion) stehen und die Nahrungsgrundlage für das Ökosystem Teich bilden.
Die Kombination von Tierhaltung und Aquakultur ist ein Schritt in Richtung der integrierten Landwirtschaft.
Die Nutzung von Ressourcen, die im selben Betrieb erzeugt und verwendet werden, ist ein wichtiger
Bestandteil der Nachhaltigkeit eines landwirtschaftlichen Betriebs. Die hier vorgestellte Lösung ist
hauptsächlich für kleine Tierhaltungsbetriebe relevant, die ökologisch wirtschaften oder ihre Nachhaltigkeit
verbessern möchten. Ein Durchflusssystem, das aus mehreren Fischteichen besteht und mit Frischwasser
versorgt wird, verbraucht große Mengen an Stickstoff, Phosphor und organischen Substanzen. Ein
beachtlicher Anteil dieser Verbindungen wird im Teich zurückgehalten oder in Gase umgewandelt. Der
Nährstoffaustrag während einer Zuchtsaison ist so wesentlich geringer als der Eintrag. Neben diesen
ökologischen Vorteilen kann die Fischproduktion außerdem eine zusätzliche Einnahmequelle bedeuten.
Wasser
[kg/ha]
C
402,5
144,3
546,8
N
39,7
78,2
117,8
P
16,3
1,1
17,4
Tabelle 32: Nährstoffzufuhr
Frischwasser in die Kaskade
durch
Gülle
POLYKULTURTEIL
„C”
XXXXX Netz XXXXX
XXXXX Netz XXXXX
FILTRIERERTEIL
„B”
SEDIMENTATIONSTEIL
„D”
Abb. 12: Schematische Darstellung des Kaskadensystems
Die Teiche wurden mit Frischwasser versorgt, bei
einem durchschnittlichen Zufluss von 4,23 l/s·ha
3
(15,3 m /h·ha). RinderGülle Gülle wurde zwei Mal die
Woche in den Zooplankton-Abschnitt der Kaskade
eingeleitet. Während der Saison wurde das System
3
3
mit 25 m /ha (7,5 m pro Abschnitt) bzw. mit
571 kg/ha versorgt. Die Menge der in die Kaskade
eingeleiteten Nährstoffe wird in Tabelle 32 dargestellt.
Gesamt
[kg/ha]
Gülle [kg/ha]
ZOOPLANKTONTEIL
„A”
Abfluss
Nährstoff
Wasser
Nährstoffquelle
Jauche
Das hier vorgestellte Modul besteht aus einem
Durchflusssystem mit vier Teichabschnitten, die
ähnlich einer Kaskade miteinander verbunden sind.
Die einzigen externen Nährstoff- und Energiequellen sind Frischwasser und Gülle als
organischer Dünger. Diese organischen und
mineralischen Verbindungen sind verantwortlich für
die Erzeugung von Plankton, das den Fischen als
natürliche Nahrung dienen soll. Das Modul ist so
entworfen, dass jeder Teil der Kaskade durch die
verschiedenen ökologischen und biochemischen
Prozesse einen Teil der Nährstoffe nutzt.
Die Versuchsanordnung bestand aus zwei
identischen Teichen mit natürlichem Untergrund
(ohne Folie), die durch eine Leitung miteinander
verbunden waren (35 m Länge, ØIN 15 cm,
Gesamtareal 0,3 ha). Jeder Teich war durch ein
Netz (3x3 cm) in zwei Teile unterteilt, wodurch sich
insgesamt vier Abteilungen ergaben (siehe Abb.
12). Jedem Abschnitt kam in dem konstruierten
Kaskadensystem eine andere Aufgabe zu (siehe
Tabelle 33 auf der nächsten Seite).
und
53/116
Fallstudie in Polen
Teil des Systems
A
Abschnitt 'Zooplankton'
Beschreibung
• Zufuhr von Gülle
• Organische Substanz aus der Gülle Hauptenergiequelle für die Entwicklung von
Zooplankton und Bakterioplankton
• Kein Fischbesatz
• 33% der Kaskadenfläche
B
Abschnitt 'Filtrierer'
• Fischbesatz: Filtrierer zur Nutzung des Planktons, das in Abschnitt A erzeugt wurde
C
Abschnitt 'Polykultur'
• Fischbesatz: Polykultur mit Karpfen, Marmorkarpfen, Silberkarpfen und Graskarpfen
• Nährstoffe und Fisch zur Nutzung des Planktons, das in Abteil A erzeugt wurde
D
Abschnitt 'Sedimentierung'
• Dient als Sedimentfalle für gelöste Feststoffe aus Teil C
Tabelle 33: Rolle der entsprechenden Abschnitte des Kaskadensystems
Haupteigenschaften der in den Versuchen verwendeten Gülle
Um eine effiziente Umwandlung der Nährstoffe und Energie in Biomasse zu erreichen, ist biologisch leicht
abbaubares, organisches Material notwendig. Aus vielen Gründen wird Gülle bereits seit Jahrhunderten als
Nährstoffquelle in Fischkulturen verwendet: (1) sie ist relativ billig, (2) vor Ort verfügbar, und (3) geeignet für
eine Reihe von Fischarten in einer Polykultur. Dazu kommt, dass in jüngster Zeit das Ausbringen von Gülle
auf landwirtschaftlichen Flächen gesetzlich begrenzt worden ist.
Die meisten Fischteiche in Polen liegen in ländlichen Gegenden, in denen die Tierhaltung als
landwirtschaftliche Nutzung dominiert. Die Entsorgung der Gülle wird hier zu einem zunehmenden Problem.
Rinder- und Schweinegülle sind für die Anwendung in der Teichwirtschaft als Energie- und Nährstoffquelle
für Zooplankton gut geeignet.
Parameter
Einheit
Wert
Die Zusammensetzung der Gülle, die für die Versuche im
Modul Kaskade ausgewählt wurde, wird in Tabelle 34
Trockenmasse (DM)
[%]
8,0
veranschaulicht. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass Gülle
Stickstoff gesamt (N)
[%DM]
0,48
sich in ihrer Zusammensetzung und Qualität während einer
Phosphor gesamt (P)
[%DM]
0,15
Produktionssaison je nach Art, Größe und Alter der Tiere, die
Potassium (K)
[%DM]
0,26
die Gülle liefern, sowie in Abhängigkeit von deren Futter- und
3
Wasseraufnahme sowie anderer Umweltfaktoren ändern
BSB5
[gO2/dm ]
5,0
3
kann. Deshalb muss die Analyse der zugeführten Gülle
CSB
[gO2/dm ]
14,0
während der Anwendung regelmäßig wiederholt werden.
Tabelle 34: Zusammensetzung von gemischter
Rinder-/SchweineGülle (~50:50)
Das Modul Kaskade wurde in zwei aufeinander folgenden Jahren untersucht. Die vorläufige
Datenauswertung der Versuchsanordnung von 2007 ergab allerdings unbefriedigende Ergebnisse. Deshalb
wurde 2008 die Versuchsanordnung neu gestaltet. In beiden Saisonen wurden die Versuche mit zweifacher
Wiederholung angesetzt, um die Genauigkeit der erhaltenen Daten sicherzustellen.
Die Zuchtsaison wurde in fünf Zeitabschnitte zu je vier Wochen eingeteilt (Beginn 12. Mai). Gülle wurde nur
in den ersten vier Perioden zugeführt. Aufgrund der Lichtverhältnisse und eines beträchtlichen
Temperatursturzes in der letzten Periode konnte kein zusätzliches organisches Material eingeleitet werden,
um Sauerstoffmangel im Teich zu verhindern.
Wasserzulauf: l/kg Produkt
Die Wasserzufuhr diente primär dazu, die Nährstoffe in den verschiedenen Teichabschnitten zu
'transportieren'. Als Nährstoffressource spielte das Wasser selbst keine Rolle. Die Wasserzufuhr, die zur
3
Fischproduktion notwendig ist, wurde berechnet und auf 66,9 m /kg Fisch geschätzt.
Wasserablauf: l/kg Produkt
Das gleiche Prinzip wie oben gilt für die Berechnung des Wasserabflusses. Die Differenz zwischen Zufuhr
und Abfluss entsteht durch Versickerung, Evapotranspiration und Regenwasser. Der Wasserabfluss vom
3
System wurde auf 44,07 m /kg Fisch geschätzt.
54/116
Fallstudie in Polen
Energieeffizienz
Die hier vorgestellte Aquakulturtechnik benötigt keine zusätzliche Energie. Lediglich zum Transport des
Fischs vor und nach der Zuchtsaison und zum Instandhalten der Aquakulturanlagen wurde fossile Energie
genutzt. Wenn die Wasserversorgung des Systems nicht von der Gravitation übernommen werden kann,
kann es notwendig sein, das Wasser über Pumpen in die Kaskade zu befördern. Wenn dies der Fall ist, kann
der Energiebedarf hohe Kosten verursachen, um das Modul funktionsfähig zu erhalten.
Nährstoffaustrag
Das Kaskadensystem wurde konstant mit Wasser
versorgt. Folglich war trotz der hohen Retention von
Stickstoff die Gesamtanreicherung an Nährstoffen
hoch und erreichte 0,125 kg N und 0,018 kg P per kg
produziertem Fisch.
400
Fischproduktion[kg/ha]
Fischproduktion
Das Modul ist so angelegt, das prinzipiell nur
überschüssige Nährstoffe aus der Landwirtschaft
verwendet werden. In den Teichen kann so ein
beachtlicher Fischzuwachs erzeugt werden. Trotz der
vielen
Variablen
lässt
sich
die
gesamte
Fischproduktion auf 380 kg/ha schätzen. Eine
Aufschlüsselung der Produktion (Fischzuwachs einer
Saison) nach Fischarten wird in Abb. 13 dargestellt.
350
Stör
300
250
Löffelstör
Karpfen
200
Marmorkarpfen
150
Silberkarpfen
Graskarpfen
100
50
0
Abb. 13: Fischzuwachs im Kaskaden-Modul
Das Hauptziel des Moduls ist, Nährstoffe aus der Landwirtschaft zu verwerten. Zwei Hauptquellen von
Stickstoff, Phosphor und organischem Kohlenstoff gingen in die Berechnungen ein:
•
Frischwasser – In die Kaskade wurde konstant Flusswasser eingeleitet. Während des Untersuchungszeitraums (20 Wochen) wurde dadurch eine beträchtliche Menge an Nährstoffen in das
System eingebracht. Insgesamt wurden 424 kgC/ha (organischer Kohlenstoff), 39,7 kgN/ha und
16,3 kgP/ha mit der Frischwasserzufuhr eingeleitet.
•
Gülle – Als Hauptquelle für die Stickstoffversorgung wurde zwei Mal die Woche Gülle in das System
eingebracht. Insgesamt wurden 78,1 kgN/ha und 1,1 kgP/ha innerhalb von 20 Wochen eingeleitet.
•
Stickstoffbindung – Wie bereits im Modul Polykultur wurde diese Stickstoffquelle in den Berechnungen
ausgelassen.
Der Rückhalt von Nährstoffen sowohl in der Fischbiomasse als auch in den verschiedenen Teichabschnitten
ist von großer Bedeutung im hier vorgestellten Modul. Bezüglich der Fischbiomasse wurde nur die Retention
von Stickstoff und Phosphor berücksichtigt (siehe Tabelle 35). Obwohl durch die Gülle auch ein großer Anteil
an organischem Kohlenstoff eingeleitet wurde, wurde nicht untersucht, wie sich der Fischzuwachs
diesbezüglich entwickelt hat. Der überwiegende Anteil an organischem Material, das in Fischbiomasse
umgewandelt wird, stammt aus der Primärproduktion. Nach der Abfischung wurde die Menge an Stickstoff
und Phosphor in der Fischbiomasse mit der Gesamtzufuhr dieser Verbindungen verglichen.
Zufuhr [kg/ha·Saison]
Retention
Wasser
Gülle
TOTAL
kg/ha
%
Stickstoff
39,7
78,1
117,8
10,4
8,8
Phosphor
16,3
1,1
17,4
1,0
5,8
Tabelle 35: Nährstoffverwertung durch Fisch im Kaskaden-Modul
Während der Zuchtsaison hielt das Kaskadensystem beachtliche Mengen von Nährstoffen zurück. Die
Konzentration aller gemessenen Parameter war nach dem letzten Kaskadenabschnitt kleiner als der
Nährstoffeintrag zu Beginn. In den folgenden Abbildungen sind die Konzentrationen von organischem
Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor bei Eintritt und Verlassen des Systems aufgeführt, aufgeteilt in
Zeiträume von je vier Wochen (I bis IV) der Saison (16 Wochen insgesamt).
55/116
Fallstudie in Polen
org. Kohlenstoff [kg/ha]
70
60
50
40
Jauche
30
Wasserzufluss
20
Wasserabfluss
10
0
Zufluss Abfluss Zufluss Abfluss Zufluss Abfluss Zufluss Abfluss
I
II
III
IV
Stickstoff [kg/ha]
Abb. 14: Vergleich des Gehaltes an org. Kohlenstoff im Zu- und Abfluss des Kaskadensystems
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Jauche
Wasserzufluss
Wasserabfluss
Zufluss Abfluss Zufluss Abfluss Zufluss Abfluss Zufluss Abfluss
I
II
III
IV
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
Jauche
Wasserzufluss
I
II
III
Abfluss
Zufluss
Abfluss
Zufluss
Abfluss
Zufluss
Abfluss
Wasserabfluss
Zufluss
Phosphor [kg/ha]
Abb. 15: Vergleich des Stickstoffgehalts im Zu- und Abfluss des Kaskadensystems
IV
Abb. 16: Vergleich des Phosphorgehalts im Zu- und Abfluss des Kaskadensystems
56/116
Fallstudie in Polen
Der Nährstoffrückhalt wurde über die Differenz zwischen
der gesamten Nährstoffzufuhr (Frischwasser und Gülle)
und den während der Zuchtsaison ausgeleiteten
Nährstoffen (basierend auf der Nährstoffkonzentration
am Abfluss) berechnet. Die Ergebnisse werden in
Tabelle 36 dargestellt.
Verbindung
Zufuhr
Rückhalt
[kg/ha]
kg/ha
%
C
571,61
291,44
50,99
N
117,85
88,72
75,28
P
17,33
8,64
49,86
Tabelle 36: Rückhalt von mit Frischwasser und Gülle
Nährstoffwiederverwendung
ins Kaskadensystem eingeleitetem C,N und P
In diesem Modul wurde der Versuch unternommen,
zusätzlich Nutzpflanzen zu produzieren. Allerdings
scheiterte der Versuch an technischen Problemen. Die Eigenschaften des verwendeten Teichs förderten das
Wachstum von unerwünschten Pflanzenarten mehr als das der erwünschten Arten. Trotzdem ist die
Produktion von potenziell nützlichen Pflanzen, die vor Ort z.B. als Fischfutter verwertet werden könnten,
möglich. Die Produktion von Azolla (Wasserfarn) als Futterpflanze für pflanzenfressende Fische und als
alternative Stickstoffquelle kann in Betracht gezogen werden.
Produktivitätssteigerung pro Arbeitseinheit
Die Einführung des Kaskadensystems verlangt zusätzlichen Arbeitsaufwand für die Wartung der Teiche und
die Abfischung. Das System verbessert das Verhältnis Produktivität/ Arbeit nicht.
Im hier vorgestellten Modul Kaskade wurde eine umweltfreundliche Technologie entwickelt, bei der
organische Reststoffe aus anderen Zweigen der Landwirtschaft (Rinder- und Schweinebetriebe) für die
Produktion von Fisch verwendet werden. Die hauptsächlichen Einschränkungen des Systems sind:
•
Wasserbedarf: Das System verbraucht beachtliche Mengen Wasser, um einen Nährstoffdurchfluss
durch die Kaskade zu gewährleisten. Sowohl die Wasserzufuhr als auch der Wasserabfluss in natürliche
Gewässer kann in einigen Ländern beschränkt sein. Dies gilt insbesondere, wenn nur die
Nährstoffkonzentration in Betracht gezogen wird und nicht die Differenz zwischen Zufuhr und Abfluss.
•
Die einwandfreie Funktion des entworfenen Systems ist auf ca. sieben Monate zwischen Frühjahr und
Herbst beschränkt, wenn die Wassertemperatur hoch und die Sonneneinstrahlung intensiv genug ist,
um die hydrobiologischen Prozesse auf einem ausreichend hohen Niveau zu halten.
Zusammengefasst bietet das Modul folgende Vorteile:
•
Die Teichkaskade kann als multifunktionales Segment eines integrierten Tierhaltungsbetriebs dienen.
•
Das Modul schafft Möglichkeiten zur Kostenreduzierung bei der
Nährstoffrückhalt in einem kontrollierten Ökosystem in einer Teichkaskade.
•
Die vorgeschlagene Technologie vermindert die negativen Auswirkungen eines landwirtschaftlichen
Betriebs auf die natürliche Umwelt.
•
Fisch wird durch die Nutzung überschüssiger Nährstoffe auf extensive Weise produziert.
•
Der Fisch, der mit natürlicher Nahrung gezüchtet wird, kann eine höhere ernährungsphysiologische
Qualität aufweisen und wird deshalb möglicherweise von den Verbrauchern mehr geschätzt (siehe
Kapitel 5).
•
Neben diesen Vorteilen bereichert ein Bau oder die Erhaltung eines Teichs die natürliche Umwelt auf
verschiedene Weise, z.B. in Bezug auf die Förderung der Artenvielfalt, Stabilisierung des
Grundwasserniveaus oder zusätzliche Wasserrückhaltung. Der Besitz von Teichen berechtigt den
Landwirt möglicherweise auch zur Antragsstellung von EU- oder nationalen Subventionen im Bereich
Umwelt- oder Naturschutz. Die Teiche, die als Kaskadensystem angelegt sind, können außerdem für
den Sportfischfang genutzt werden und so eine zusätzliche Einnahmequelle schaffen.
57/116
Gülleentsorgung
durch
Fallstudie in Polen
7.4. Von der Fallstudie zur Fischfarm: Entwurf eines Kaskaden-Moduls
7.4.1. Zielgruppe und technologische Grundanforderungen
Das hier vorgestellte Modul ist vor allem für kleine Tierhaltungsbetriebe geeignet, die ökologische
Landwirtschaft betreiben und/ oder ihre Nachhaltigkeit weiter verbessern wollen. Die Möglichkeit, mit einem
Fischzüchter zusammenzuarbeiten, sollte ebenfalls gegeben sein. Rinder- und Schweinehaltungsbetriebe,
deren Gülle gesammelt und fermentiert wird, sind besonders gut geeignet von diesem Modul zu profitieren.
Ein Betrieb, der an der Umsetzung des Kaskadensystems interessiert ist, sollte bereits im Besitz von
Teichen oder in der Lage sein, Teiche anzulegen und mit Wasser zu versorgen. Das System ist landintensiv
und braucht etwa 1 ha Teichfläche, um 150 kg organischen Kohlenstoff aus Gülle zu verwerten. Gleichzeitig
muss das System mit einem Wasserdurchfluss versorgt werden, der eine hydraulische Rückhaltungszeit von
ca. 45 Tagen ermöglicht.
7.4.2. Planungsparameter einer Kaskade
•
Das untersuchte System wurde entworfen, um die Vorteile der Teichwirtschaft mit den Bedürfnissen
eines Tierhaltungsbetriebs zu kombinieren und dabei Gülle zu nutzen.
•
Das Modul basiert auf einem Durchflusssystem mit vier Teichabschnitten, die ähnlich einer Kaskade
miteinander verbunden sind und mit Frischwasser als Nährstoffträger versorgt werden.
•
Die einzigen Nährstoffquellen für den Teich sind Gülle und Frischwasser. Diese mineralischen und
organischen Verbindungen sind verantwortlich für die Entwicklung von Biomasse in den entsprechenden
Teilen der Kaskade.
•
Jeder Teichabschnitt ist für unterschiedliche Prozesse verantwortlich, die die Nutzung von
überschüssigen Nährstoffen aus der Landwirtschaft auf verschiedenen Trophieebenen ermöglichen.
Das Plankton, das sich in
den entsprechenden Teilen der Kaskade entwickelt, bildet die Nahrungsgrundlage für den
gezüchteten Fisch. Die
Fischproduktion kann eine
zusätzliche Einkommensquelle darstellen.
Um eine optimale Leistung zu
erzielen, sollte die Anlage aus
vier Abschnitten bestehen, die
unterschiedliche
Funktionen
im System wahrnehmen. Die
hier vorgeschlagene Kaskade
ist in Abb. 17 dargestellt. Von
der relativen Flächengröße,
die
für
jeden
Abschnitt
angegeben wird, sollte nur
geringfügig abgewichen werden. Bezüglich der Dimensionierung eines jeden Abschnitts gibt es zwar keine
allgemeingültigen
Grenzen,
wegen
des
notwendigen
Wasserdurchflusses durch das
System sind jedoch längliche
Formen zu bevorzugen. Das
System kann sich aus zwei
oder drei Teichen zusammensetzen. Die ersten beiden Abschnitte
sollten
allerdings
jeweils im selben Teich
untergebracht und nur durch
ein Maschennetz voneinander
•
A.
B.
Abb. 17: Mögliche Anlage des Kaskaden-Systems: A-Zwei-Teich-System;
B- Drei-Teich-System
58/116
Fallstudie in Polen
getrennt werden, um den Transfer von Zooplankton zu ermöglichen. Die nachfolgenden Abschnitte des
Systems müssen nicht in einer Reihe aufeinander folgen. Die Verwendung von Leitungsrohren zwischen den
Abteilungen B-C und C-D ist möglich.
Jeder Abschnitt des Systems nutzt verschiedene Ressourcen und spielt in der Kaskade eine eigene Rolle:
Abschnitt A – 'Zooplankton': Dieser Abschnitt wird direkt mit Frischwasser und Gülle versorgt. Die
hydraulische Erneuerungszeit sollte bei zwei Wochen angesetzt werden, um die Entstehung von
Zooplankton zu ermöglichen. Zooplankton und Bakterioplankton ernähren sich direkt von der organischen
Substanz der Gülle. Wie bereits in Kapitel 7.2 erklärt, hemmt eine unkontrollierte Ausbreitung von
Zooplankton die Entwicklung von Phytoplankton und führt so zu einer minimalen oder negativen Nettoprimärproduktion. Die Sauerstoffkonzentration im Teich (v.a. durch die Frischwasserzuvor gewährleistet) muss
mindestens zweimal so hoch sein wie der organische Kohlenstoff (v.a. aus der Gülle), um aerobe
Bedingungen im Teich erhalten zu können. Diese Voraussetzung ist der primäre begrenzende Faktor für die
Nutzung von Gülle in Fischteichen. Abschnitt A sollte generell nicht mit Fischen besetzt werden. Lediglich
der Besatz mit kleinen (20-30 kg/ha) bodenorientierten Fischarten ist in Betracht zu ziehen. Der Fischbesatz
darf jedoch keine Resuspension des Bodensediments verursachen. Deshalb sind junge Störe (<50 kg/ha,
1-3 Jahre alte Fische) im Vergleich zu Cypriniden zu bevorzugen. Der Besatz mit Graskarpfen (ca. <100
kg/ha) zur Kontrolle des Wachstums von Makrophyten ist ebenfalls möglich.
Abschnitt B – 'Filtrierer': Dieser Abschnitt wird hauptsächlich mit filtrierenden Fischarten besetzt. Das in
Abschnitt A entstandene Plankton dient den planktonophagen Fischen als Nahrung. Ein Fischbesatz mit
Löffelstör und/ oder filtrierenden Cypriniden ist hier zu empfehlen. Eine Besatzdichte von 150 kg/ha Löffelstör
oder Marmorkarpfen und 150 kg/ha Silberkarpfen reicht aus, um das Plankton zu nutzen (Stückgewicht etwa
0,5-3 kg). Dieser Abschnitt sollte von Abschnitt A nur durch ein Maschennetz getrennt sein, damit ein
effizienter Transfer von Plankton möglich ist. Der Einsatz von Rohrleitungen vermindert die Transfereffizienz.
Teil des Systems
Beschreibung
A
Abschnitt 'Zooplankton'
•
Zufuhr von Gülle
•
Organische Substanz der Gülle Hauptenergiequelle für die Entstehung von Zooplankton und
Bakterioplankton
•
Kein Fischbesatz
•
33% der Gesamtfläche des Systems
•
Fischbesatz: Filtrierer zur Nutzung des Planktons, das in Abschnitt A erzeugt wurde
•
17% der Kaskadenfläche
•
Fischbesatz: Polykultur aus Karpfen, Marmorkarpfen, Silberkarpfen und Graskarpfen
•
Nährstoffe und Fisch zur Nutzung des Planktons, das in Abteilung A erzeugt wurde
•
•
Dient als Sedimentfalle für die gelösten Feststoffe aus Teil C
•
B
Abschnitt 'Filtrierer'
C
Abschnitt 'Polykultur'
D
Abschnitt 'Sedimentierung'
Tabelle 37. Beschreibung der entsprechenden Abschnitte des Kaskaden-Systems
Abschnitt C – 'Polykultur': Dieser Teil der Kaskade ist verantwortlich für die Nutzung der biogenen
Verbindungen aus den vorgelagerten Abschnitten. Karpfen als Hauptfischart verbessert den Nährstoffumsatz
und die Primärproduktion. Die Dimensionierung des Abschnitts sollte eine hydraulische Erneuerungszeit von
ca. 12 Tagen ermöglichen. Dieser Abschnitt ist verantwortlich für den Großteil der Biomasseproduktion des
Moduls. Der empfohlene Fischbesatz setzt sich aus Cypriniden zusammen, anstatt des Marmorkarpfens
kann auch der Löffelstör eingesetzt werden (siehe Tabelle 38). Diese Artenzusammensetzung kann das
Nahrungsspektrum, das dieser Abschnitt des Kaskadensystems bietet, optimal nutzen.
Spezies
Anfangs-Einzelgewicht [g]
Bestandsdichte [kg/ha]
Karpfen
Marmorkarpfen ODER Löffelstör*
Silberkarpfen
200 - 300 g
500 - 1 000 g
500 - 1 000 g
300
150
150
Graskarpfen
750 - 1 500 g
100
*empfohlener Ersatz für den Marmorkarpfen
Tabelle 38. Empfohlener Fischbesatz des Abschnitt C
59/116
Fallstudie in Polen
Abschnitt D – 'Sedimentierung': Der letzte Abschnitt dient als Sedimentfalle. Der in Teil B und C gezüchtete
Fisch sorgt für eine starke Resuspension des Bodensediments, was zu einer hohen Trübung und
Konzentration von gelösten Feststoffen führt. Da die gelösten Substanzen sowohl Nährstoffe als auch
organischen Kohlenstoff enthalten, sollten sie nicht direkt in die Umwelt ausgeleitet werden. Der
Sedimentierungsteil der Kaskade bietet dank der langen Rückhaltungszeit und dem fehlenden Fischbesatz
gute Bedingungen zur Sedimentierung der gelösten Feststoffe. Die Wasseroberfläche kann dazu genutzt
werden, zusätzlich Nutzpflanzen zu produzieren. Sie kann auch zu Erholungszwecken dienen. Das Fehlen
von Fisch und die hohe Wassertransparenz begünstigen das Wachstum von Wasserpflanzen, wobei die
gelösten Nährstoffe aus dem Wasser genutzt werden. Im Fall einer zielgerichteten Pflanzenproduktion muss
für eine entsprechende Ausrüstung und Technologie gesorgt werden.
7.4.3. Betriebsparameter
Es gibt zwei Hauptfaktoren, die die Anlage einer Kaskade bestimmen: die Zufuhr von Frischwasser und
Gülle. Es muss eine Balance bezüglich den Anforderungen zur Nutzung der Gülle und dem zur Verfügung
stehenden Wasser und Land gewahrt werden. Außerdem müssen wirtschaftliche Berechnungen die
ökologischen Vorteile dieses Moduls berücksichtigen.
Wasserzulauf
Der Wasserzulauf kann in manchen Fällen der primäre begrenzende Faktor sein. In einigen Situationen
hängt die Gesamtfläche der Kaskade und somit die Kapazität zur Aufnahme von Gülle von der
Wasserversorgung ab. Unter der Annahme einer durchschnittlichen Teichtiefe von 1 m wird der Raumanteil
des Gesamtsystems (und somit der Fläche) At durch Multiplikation der Rückhaltungszeit RT (15 Tage =
3
3
2
360h) und dem möglichen Wasserfluss errechnet, q [m /h]): At=RT·q [m =~m ].
Zufuhr von Gülle
Wo die Wasserzufuhr nicht den limitierenden Faktor darstellt, muss das System gemäß der Zufuhr
organischen Materials dimensioniert werden, das aus der Gülle stammt. Es besteht ein enger
Zusammenhang zwischen der Wasserzufuhr und der Zufuhr von organischem Kohlenstoff. Da die
Primärproduktion in Abschnitt A wegen der Entwicklung von Zooplankton sehr begrenzt oder gar negativ ist,
ist im extremsten Fall die einzige Sauerstoffquelle das eingeleitete Frischwasser. Auf jedes Gramm
organischen Kohlenstoffs aus der Gülle muss ~2,7 g Sauerstoff kommen. Unter der Annahme, dass das
3
eingeleitete Wasser ~7 gO2/m enthält, können pro Kubikmeter Wasser nur 2,5 g organischer Kohlenstoff
beigefügt werden, um aerobe Bedingungen im Teil A aufrecht zu erhalten. Entsprechend muss bei der
Planung der Kaskade der Anteil an organischem Kohlenstoff in der Gülle bestimmt werden. Wenn die Gülle
3
3
3
5 kgC/m enthält, werden pro 1 m Gülle 2 000 m Wasser benötigt. Allerdings kann dieser Wert in
Abhängigkeit von den Licht- und Temperaturverhältnissen variieren. Im Hochsommer kann weniger Wasser
(~20%) eingeleitet werden (oder ~20% mehr Dung verwendet werden). Der oben genannte Wert sollte
allerdings bei sinkender Sonnenlichtintensität wiederbeibehalten werden.
Die Konzentration von Stickstoff und Phosphor, die mit der Gülle eingeleitet werden, ist dagegen selten der
begrenzende Faktor für dieses Modul. Das Verhältnis der C-, N- und P-Konzentrationen bewegt sich bei
Gülle immer innerhalb bestimmter Grenzen. Die durchgeführten Untersuchungen ergaben hier keine
Begrenzungen für N und P.
7.4.4. Erwartete Ergebnisse
Der Einsatz von Gülle zur Düngung von Karpfenteichen hat eine lange Geschichte, verlor allerdings in den
letzten Jahrzehnten stark an Bedeutung und wurde durch andere Dünger ersetzt. Abgesehen davon
verringerte die Intensivierung und die künstliche Fütterung in der Fischzucht die Notwendigkeit der
Primärproduktion in den Teichen als Nahrungsgrundlage für die Fische. Der derzeitige Trend zur
Extensivierung besinnt sich nun wieder auf die Verwendung von organischen Reststoffen und
geschlossenen Produktionskreisläufen. Die Forschung in diesem Modul führte zur Entwicklung einer
umweltfreundlichen Technologie, bei der organische landwirtschaftliche Reststoffe aus anderen Zweigen der
Landwirtschaft (Rinder- und Schweinehaltung) für die Fischzucht eingesetzt werden.
Die Anordnung von vier Abschnitten in der Kaskade bewährte sich im Rahmen der Forschungsarbeit und
3
ermöglicht die Verwendung von 25 m Rindergülle pro Hektar Kaskade (Gesamtfläche). Das primäre
begrenzende Faktor für die Anwendung dieses Moduls ist jedoch der Wasserbedarf. Die Kaskade benötigt
große Wassermengen, um den Durchfluss an Nährstoffen durch das System gewährleisten zu können.
Größe und Funktionsfähigkeit des Systems hängen stark von der erlaubten bzw. möglich Wasserzufuhr ab.
Die einwandfreie Funktion des hier vorgestellten Systems ist auf ca. 7 Monate zwischen Frühjahr und Herbst
beschränkt, wenn die Wassertemperatur hoch genug und die Sonneneinstrahlung intensiv genug ist, um die
hydrobiologischen Prozesse auf einem ausreichenden Niveau zu halten.
60/116
Fallstudie in Dänemark
8.
Neue Methoden zur Reduzierung
Forellenfarmen – Fallstudie Dänemark
der
Emissionen
von
8.1. Einführung – Allgemeine Beschreibung der Fallstudie
Regenbogenforellenzucht (Oncorhynchus mykiss) wird in Dänemark seit über 100 Jahren betrieben. Die
Regenbogenforelle ist die häufigste Nutzfischart der dänischen Aquakultur. Die Gesamtproduktion liegt bei
etwa 33.000 t im Süßwasser und ca. 7.000 t im Brackwasser. Das entspricht etwa 20% des Fischverbrauchs
in Dänemark. Wertmäßig macht die Aquakultur aber 25% des dänischen Fischereisektors aus.
Im Binnenland betreiben ca. 250 Farmen Regenbogenforellenzucht. Davon arbeiten etwa 200 Anlagen seit
Jahrzehnten im Durchlaufbetrieb, d.h. sie entnehmen Wasser aus einem Fluss oberhalb eines Wehrs und
benötigen deshalb relativ wenig Energie verbrauchende Ausrüstungen (Pumpen usw.). Das Wasser passiert
durch natürliches Gefälle die Anlage und anschließend noch ein Absetzbecken zur Abscheidung von
partikulärer Substanz, bevor es wieder in die fließende Welle eingespeist wird. Bis in die 1980er Jahre
betrieb man in Dänemark Regenbogenforellenproduktion generell ohne jedwede Reinigungssysteme.
Infolge des wachsenden öffentlichen Interesses an Umweltfragen wie z.B. die Nährstoffemissionen aus
Forellenzuchten oder die Beeinträchtigung der Durchwanderbarkeit der Fließgewässer durch die dazu
gehörigen Stauwehre wurde 1989 in Dänemark eine neue Umweltgesetzgebung in Kraft gesetzt. Es wurde
jedem Farmer eine bestimmte Futterquote zugeteilt, und die Qualität des Futters musste speziellen
Anforderungen genügen. Alle Farmen wurden verpflichtet, das Wasser vor der Wiedereinleitung in die
fließende Welle mittels Absetzbecken von partikulärer Substanz zu reinigen. Sie mussten zur überschlägigen
Dokumentation der Nährstoffemissionen auch ein Wasseranalyseprogramm durchführen
Die neue Gesetzgebung veranlasste einen Teil der Züchter, sich durch die Einführung von
Wasseraufbereitungsanlagen, Kreislaufnutzung des Wassers sowie Belüftung oder Sauerstoffbegasung zu
modernisieren. Außerdem wurden effektive Futtermittel mit hoher Verdaulichkeit sowie moderne
Fütterungstechnologien entwickelt, und das Farmmanagement wurde verbessert. Das führte zur
Reduzierung des Wasserverbrauchs, die pro kg Futter erzeugte Fischmenge stieg und die spezifischen
Nährstoffemissionen gingen zurück.
Aber den Umweltgesetzen von 1989 folgten neue. Diese limitierten die erlaubte Wasserentnahme. Es darf
heute maximal nur noch die Hälfte des Abflusses eines Fließgewässers durch eine Forellenzuchtanlage
geleitet werden. Das veranlasste die Züchter, nach Wegen zu suchen, sich unabhängiger vom
Oberflächenwasser zu machen, was bedingt, dass der Frischwasserverbrauch reduziert werden und das
Prozesswasser gereinigt und wieder verwendet werden muss.
Die begrenzen Futterquoten, die Umweltanforderungen, die limitierte Entnahme von Oberflächenwasser und
die neuen Wasserqualitätsstandards der EU-Wasserrahmenrichtlinie für Oberflächengewässer machten es
dringend erforderlich, die künftigen Rahmenbedingungen der dänischen Forellenzucht zu bestimmen. Nach
einigen Diskussionen zwischen den Aquakulturverbänden, den Umweltbehörden und Naturschutzverbänden wurde etwa im Jahr 2000 die Idee der sogenannten 'Modellfarmen' geboren.
Das Modell-Fischfarm-Konzept zielt darauf, durch Anwendung der Kreislauftechnologie den
Frischwasserverbrauch zur reduzieren und die Rückhaltung von Nährstoffen im System zu erhöhen. Einige
der wichtigsten Parameter der Modellfarmen sind in Tabelle 39 aufgeführt. Alle Daten beziehen sich auf
einen Futtereinsatz von 100 t/Jahr.
Parameter
Modellfarm
Beckenmaterial
Mindest-Kreislaufrate (%)
Maximaler Frischwassereinsatz (l/s)
Schlammfänge in den Becken
Feststoffabscheidung
Biofilter
Beton
95
15
Ja
Ja
Ja
Pflanzenlagunen
Ja
Tabelle 39: Parameter der dänischen Modellfarmen
61/116
Eine der Modellfarmen in Dänemark (Ejstrupholm Dambrug): Links im Hintergrund befinden sich die
Pflanzenlagunen (ehemalige Erdteiche) mit den Zu- und Ablaufkanälen (Foto: DTU-Aqua)
Die Modellfarm-Strategie hat signifikante ökologische Vorteile und Perspektiven:
•
Modellfarmen sind unabhängig vom Oberflächenwasser, weil sie mit örtlich gewonnenem
Dränwasser und/ oder mit Grundwasser aus Brunnen gespeist werden und dieses im Kreislauf
nutzen (bis zu 97% Kreislaufrate).
•
Der Frischwasserbedarf bezogen auf die Jahresfuttermenge konnte bis auf 0,15 l/s * t Futter (=
3.900 l/kg Fischzuwachs) reduziert werden. Das entspricht 1/13 (7,7%) des Wasserverbrauchs in
traditionellen Farmen.
•
Sie ermöglichen die freie Passage der Wildfauna durch die Fließgewässer.
•
Ein signifikanter Anteil der leicht abbaubaren organischen Substanz (BSB), der gesamten
organischen Substanz (CSB), des Phosphors, des Ammonium-N und des Gesamt-N werden durch
die Reinigungstechnologie in der Farm und durch die anschließenden Lagunen (künstliche
Feuchtgebiete) eliminiert.
•
Die Nutzung der Lagunen für die Produktion von Gartenteichpflanzen oder von Gemüse wie
Wasserkresse bzw. von weiteren Arten kann als integratives Element Vorteile für die Modellfarmen
bringen.
•
Die Produktionsbedingungen werden stabilisiert (Wasserqualität usw.).
Die Forellenproduktion kann gesteigert werden, ohne dass die negativen Auswirkungen auf die
Umwelt ansteigen.
Aber die Einführung dieser Technologie erfordert auch umfangreiches Wissen und Erfahrung auf den
folgenden Gebieten:
•
•
Biologische Anforderungen der gezüchteten Fischarten,
•
Design und Funktionsweise aller Einrichtungen der Farm, z.B. mechanische Filtration, Biofilter,
Belüfter, Pumpen usw.,
•
Mögliche Probleme bei der Fischzucht in Kreislaufanlagen,
•
Fischzucht und Betreiben von Kreislaufanlagen,
•
Erforderliche Wasserqualität,
•
Futterqualität und Fütterungsstrategien.
Die Modellfarmen haben sich sowohl vom ökologischen als auch vom ökonomischen Gesichtspunkt her als
erfolgreich erwiesen. Einige Züchter berichten über kürzere Produktionszeiten. Die weitgehende
Reduzierung der Nährstoffemissionen begünstigt außerdem die natürliche Fauna und deren Wanderungen
in den entsprechenden Fließgewässern. Aber die Modellfarmen müssen noch weiter verbessert werden,
insbesondere hinsichtlich der Stickstoffemissionen. Die dänische SustainAqua-Fallstudie hat verschiedene
Aspekte und Module der Modellfarmen mit dem Ziel der weiteren Optimierung untersucht:
62/116
•
Futter und Fütterung – Emissionen aus den Farmen
•
Energieverbrauch
•
Kultivierung von Gartenteichpflanzen in den Lagunen
•
Produktion alternativer Fischarten in den Lagunen.
8.2. Futter und Fütterung – Emissionen aus den Farmen
Das Futter ist der wichtigste Parameter für das Wachstum und für die Auswirkungen auf die Umwelt, aber
auch für die Produktionskosten. Zur Bestimmung der Emissionen aus den Modellfarmen ist es entscheidend,
die Belastung des Produktionswassers durch den Einsatz des Futters vor dem Eintritt des Wassers in den
Reinigungsteil – die so genannte „Produktionsemission“ – präzise zu bestimmen.
Die verschiedenen Reinigungseinrichtungen der Modellfarmen weisen unterschiedliche Wirkungsgrade auf,
die von der Menge und Zusammensetzung der Stoffkomponenten des Prozesswassers bestimmt werden.
Deshalb wird ein allgemeines Berechnungsmodell benötigt, das es ermöglicht, die Emissionen aus dem
System in die Vorflut nach einzelnen Komponenten – Stickstoff (N), Phosphor (P) und organische Substanz
– zu bestimmen. In das Modell gehen die relevanten Produktionsparameter (Futterart und -menge,
Fischproduktion usw.), die Prozessparameter (Temperatur, Sauerstoffgehalt, usw.) sowie die Anlagendaten
(Anlagenelemente, Durchflussmengen und Abmessungen) ein.
Der physikalische Zustand (gelöst, suspendiert, partikulär, d.h. absetzbar) und die chemische Natur (N. P,
BSB5 – biochemischer Sauerstoffbedarf, CSB – chemischer Sauerstoffbedarf) der Prozesswasserkomponenten können in Laborexperimenten bestimmt werden. Ausgehend von diesen Experimenten kann
ein 'Labor-Vorhersage-Modell' für die Produktionsemissionen durch die wichtigsten in der Aquakultur
üblichen kommerziellen Futtermittel entwickelt werden. Das Labormodell ist eine wichtige Eingangsgröße für
die Genauigkeit des allgemeinen Emissionsmodells.
VERDAULICHKEIT
EMMISSION
+ FQ & Zuwachsrate
Modifiziertes ”Guelph”-System
Gesamtkörperanalysen:
Futteraufnahme
• Retiniertes N & P
Wasseranalysen/gelöste
Emmissionen:
• N, P, BSB, CSB
Nährstoffverdaulichkeit:
• Protein, Fett, NFE, P,
Asche, Trockensubstanz
Unverdautes
Futter
N&PBilanz
en
Kotanalysen/feste
Emmissionen:
• N, P, BSB, CSB
Abb. 18: Versuchsanordnung zur Bestimmung der physikalischen und chemischen Struktur der
Komponenten der Emissionen und die Primär-Emissionen für die relevanten in der intensiven Aquakultur
üblichen Futtermittel
63/116
Das Berechnungsmodell basiert hauptsächlich auf Daten, die durch ein Dokumentations- und
Messprogramm gewonnen wurden, das während der Jahre 2005-2007 in acht 'Modellfarmen' in Dänemark
durchgeführt wurde. Diese Modellfarmen waren alle mit Schlammfängen, Biofiltern und künstlich angelegten
Feuchtbiotopen ausgestattet. Einige von ihnen hatten auch Mikrosiebfilter installiert. Daten über
Wasserverbrauch, Nährstoffkonzentration im Wasser an verschiedenen Stellen der Forellenfarm, Mengen
eingesetzten Futters und Futterzusammensetzung, Biomassegewinn, usw. wurden für alle Farmen erhoben,
und die wichtigsten Ergebnisse gingen anschließend in das Gesamtberechnungsmodell ein.
Außerdem wurden Daten von traditionellen Forellenfarmen in Dänemark (Daten von By-og
Landskabsstyrelsen 2007) im Modell verwendet. Typischerweise verfügen diese Farmen nicht über die
Ausrüstung, die Modellfarmen charakterisieren; gemäß der dänischen Gesetzgebung allerdings ist für
Forellenfarmen die Installation eines Absetzbeckens direkt nach den Produktionseinheiten vorgeschrieben.
Durch die Integration der Daten in das Berechnungsmodell, die sowohl von Modellfarmen als auch von
traditionellen Farmen mit weniger Reinigungstechnologie stammen, bietet das Modell die Möglichkeit,
Schätzwerte für den Abfluss aus den Forellenfarmen mit unterschiedlichem technologischem Niveau zu
erhalten. Nach der Integration der Daten wurde das Modell mit dem Ziel überprüft, eine optimale Korrelation
mit den tatsächlich gemessenen Emissionen zu erreichen. Auf diese Weise wurde eine Optimierung des
Modells angestrebt, soweit dies zu dieser Zeit möglich war.
Die Laborversuche wurden in 18 Kunststoffbecken à 189 l durchgeführt. Sie wurden im Durchfluss betrieben
2
und stellten ein modifiziertes „Guelph“-System dar, in dem das untere Drittel des Beckens konisch
ausgebildet und durch ein Sieb vom Rest des Beckens getrennt war. Diese Anordnung ermöglichte eine
rasche Sedimentation und Konzentrierung ungestörter Kotpartikel in speziell gekühlten speziellen
Sedimentationssäulen.
Für die Versuche wurden Regenbogenforellen von etwa 50 g aus lokalen dänischen Farmen in die
Versuchsanlage von DTU-Aqua in Hirtshals überführt. Während der gesamten Versuchsdauer wurden die
Futteraufnahme und die aufgefangenen Fäkalien kontinuierlich registriert. Die Sedimentationssäulen wurden
täglich vor der Fütterung geleert und der Inhalt bei -20 °C gelagert. Die Proben wurden auf ihren Gehalt an
Protein, Fett, N-freie Extraktstoffen (NFE), Asche, Rohfaser und Phosphor analysiert.
Die drei geprüften Futtermittel hatten folgende mittlere
Protein:
46.3 %
Zusammensetzung (siehe rechts in Tabelle 40):
Fett:
27.5 %
Zur Bestimmung des Anteils an partikulären N- und P-Emissionen
NFE:
12.6 %
sowie der gelösten/ suspendierten N- und P-Fraktion wurden
Asche:
6.9 %
ebenfalls Proben gezogen. Die N- und P-Retention durch die Fische
1.4 %
wurden durch die Bestimmung des N- und P-Gehaltes zu Beginn und Rohfaser:
am Ende eines jeden Versuchs ermittelt. Ein spezielles Experiment Trockensubstanz: 94.6 %
wurde zur Ermittlung der gelösten sowie partikulären BSB5- und CSB- Phosphor:
0.98 %
Emissionen angesetzt.
Energiegehalt:
23.8 kJ/g Futter
Der scheinbare Verdaulichkeitskoeffizient (ADC) der Nährstoffe und
Tabelle 40: Futterrezeptur
Mineralien des Futters wurde durch folgende Gleichung bestimmt:
Gl. 1
ADC i – [(Aufnahmei – Excretioni)/Aufnahmei]*100
wobei i der Prozentsatz von Protein, Fett, NFE, P, Asche oder Trockensubstanz ist.
-1
Die spezifische Wachstumsrate (SGR, % d ) wurde auf der Basis des Zuwachses in den Versuchsbecken
nach folgender Gleichung bestimmt, wobei davon ausgegangen wurde, dass bei jungen Fischen in der
relativ kurzen Versuchsperiode das Wachstum exponentiell verläuft:
Gl. 2
SGR = ln[W(ti)/W(t0)]/(ti – t0 )*100
Dabei sind W(ti) und W(t0) die Biomassen am Ende (ti) und zu Beginn (t0) des Versuchs, und (ti - t0) ist die
Versuchsdauer in Tagen.
-1
Der Futterquotient (FQ, g*g ) wurde aus dem Zuwachs, der verabreichter Futtermenge und den
aufgefangenen Exkrementen während der neuntätigen Versuche nach folgender Gleichung bestimmt:
Gl. 3
FQ = Futterverbrauch (ti – t0)/Zuwachs (ti – t0)
Die Daten wurden einer Einweg-ANOVA-Bearbeitung mittels Sigma-Stat für Windows Version 3.10
unterzogen. Für den paarweisen Vergleich der Fütterungsansätze wurde beim Vorliegen signifikanter
2
Kammer zur Bestimmung der Verdaulichkeit von Futtermitteln
64/116
Unterschiede der HOLM-SIDAK-Test verwendet. Als Signifikanzgrenze wurde eine Wahrscheinlichkeit von
p < 0,05 festgelegt.
Reduzierung der Emissionen
Es wurden folgende mittlere Verdaulichkeiten (apparent digestibility coefficient - ADC) gemessen:
Rohprotein: 93,5%, Fett: 91,2%, NFE: 66,9%, Asche: 51,9%, Phosphor: 64,2%. Die spezifische
Wachstumsrate (SGR) betrug durchschnittlich 1,97%/d und der mittlere FQ 0,76. Daraus ergibt sich eine
mittlere Retention im Fischzuwachs für Stickstoff von 49,1% und für Phosphor von 57,6% (Tabelle 41).
Futterkomponente
BioMar
Ecolife 20
Protein
93.9 ± 0.4
Fett
91.4 ± 0.6
a
ab
Aller Aqua
576 BM XS
Dana Feed
Dan-Ex2844
F2,6
P
92.8 ± 0.2
b
93.7 ± 0.3
a
10.81
0.010
88.4 ± 1.8
a
93.7 ± 1.0
b
14.22
0.005
67.0 ± 1.0
a
0.36
0.711
c
62.69
<0.0001
NFE
66.6 ± 1.1
a
67.2 ± 0.9
a
Asche
46.7 ± 1.8
a
57.2 ± 0.4
b
51.7 ± 0.8
Phosphor
60.9 ± 0.7
a
71.0 ± 0.9
b
60.6 ± 0.7
a
177.83
<0.0001
TS
84.7 ± 0.6
a
84.4 ± 0.5
a
85.6 ± 0.6
a
4.09
0.076
85.7 ± 0.5
85.2 ± 0.5
86.3 ± 0.6
-
-
TS berechnet
2
1)
Die Werte in den Reihen, die keinen gemeinsamen hochgestellten Buchstaben haben, wichen erheblich voneinander ab (ANOVA,
Tukey HSD, P < 0.05).
2)
Die Verdaulichkeit von Trockenmaterial wurde als die Summe der gemessenen Verdaulichkeit von Protein, Fett, NFE und Asche
berechnet.
Tabelle 41: Scheinbare Verdauungsfähigkeitskoeffizienten von Protein, Fett, NFE, Asche, Phosphor und
Trockensubstanz (TS) (%, Mittelwert ± std. Abw., n = 3) der Futterarten sowie die berechnete Verdaulichkeit
1
von Trockensubstanz
Berechnungen der BSB5- und CSB-Last ergaben, dass in den Produktionsemissionen durchschnittlich 55%
des Gesamt-BSB5 in gelöster und suspendierter Form und durchschnittlich 45% in partikulärer Form
vorlagen. Der mittlere Anteil des gelösten/suspendieren CSB betrug 29% und der des partikulären CSB
entsprechend durchschnittlich 71%. Das BSB5/CSB-Verhältnis lag bei 0,51.
Die Gesamt-Stickstoffemissionen lagen überwiegend in gelöster/ suspendierter Form vor (88%).
Durchschnittlich nur 12% waren partikulär gebunden.
Die Phosphoremission lag dagegen überwiegend partikulär vor (im Mittel 98%), und nur durchschnittlich 2%
waren gelöst bzw. suspendiert.
Die Ergebnisse der Laborversuche lieferten wichtige Eingangsgrößen für die Genauigkeit des
Gesamtmodells. Bei Anwendung dieser Daten für die Modellfarmen und für traditionelle Farmen mit weniger
'Technologie' ergibt sich die Möglichkeit, Emissionen aus Forellenfarmen bei unterschiedlichem
technologischem Niveau zu berechnen. Es muss jedoch darauf hingewiesen werden, dass nur dann genaue
Ergebnisse erzielt werden können, wenn folgende Voraussetzungen eingehalten sind:
1. Es muss sich um Regenbogenforellen (Oncorhynchus mykiss) handeln.
2.
Das Futter muss eine gute Qualität aufweisen, z. B. ausreichende Konzentration an Vitaminen und
Mineralien für gutes Wachstum und Gesundheit, und die Verdaulichkeit des Proteins und der Fette
darf nicht unter 85 % liegen.
3.
Bei Anwendung der Kreislauftechnologie muss das Wasser eine Verweilzeit von mindestens 18,5
Stunden in der Anlage und mindestens 20 Stunden in den Lagunen aufweisen.
4.
Die mechanischen (Trommelfilter o.ä.) und Biofilter müssen fachgerecht dimensioniert sein, um eine
optimale Wasserreinigung zu garantieren.
5.
Die tägliche Futtermenge darf nicht 800 kg überschreiten.
Wenn diese Voraussetzungen erfüllt sind, ergibt das Berechnungsmodell zuverlässige Ergebnisse für die
Emissionen der wichtigsten Nährstoffe aus Forellenanlagen. Es muss aber betont werden, dass das Modell
nur dazu dienen kann, die Nährstoffemissionen aus Forellenanlagen zu schätzen, d.h. das Modell kann nicht
zur Dokumentation der Emissionen verwendet werden.
65/116
8.3. Energieverbrauch der Modellfarmen
Die Modellfarmen sind wegen des geringen Frischwassereinsatzes darauf angewiesen, dass das Wasser
innerhalb der Anlage transportiert (Kreislaufführung) und durch Belüftung/ Sauerstoffbegasung mit
Sauerstoff versorgt wird. Außerdem müssen unerwünschte Gase (CO2 und N2) aus dem Produktionswasser
entfernt werden.
Das wichtigste technologische Glied der Modellfarmen ist die Kreislauftechnologie, d.h. Umwälzen und
Reinigen des Wassers mit dem Ziel, den Frischwasserverbrauch und die Emissionen in die Umwelt zu
minimieren.
Die Kreislaufführung des Wassers in den Modellfarmen und die Belüftung/ Sauerstoffbegasung sind
energieaufwändig. Deshalb ist es wichtig, den Sauerstoffbedarf für die Produktion sowie die dafür
erforderliche Luftmenge und den Energieaufwand zu bestimmen. Der Sauerstoffbedarf ist während der
Fütterung und der nachfolgenden Verdauungsphase am höchsten. Er ist aber auch abhängig von der
Fischgröße und den Gesamtbestand.
Die aktuellen Technologien zur Belüftung in der Aquakultur sind:
•
Beckenbelüftung
•
Niederdruckdiffusoren
•
Oberflächenbelüfter
•
Tropfkörper
•
Airlifts (Mammutpumpen)
Für eine effiziente Be- und Entgasung sollte man berücksichtigen, dass:
•
Die Löslichkeit des Gases bzw. seine Sättigungskonzentration im Wasser mit dem Druck ansteigt,
d.h. Wasser kann unter Druck (z.B. in größeren Tiefen) mehr Sauerstoff/CO2 enthalten als im
Bereich der Oberfläche.
Je besser der Grenzflächenkontakt zwischen der Gas- und der Wasserphase ist, desto schneller löst
sich das Gas im Wasser, d.h. die Porengröße der Diffusoren bestimmt die Blasengröße und damit
die Grenzflächen; aber kleine Poren benötigen mehr Vordruck, d.h. mehr Energie.
Beckenbelüftung
Beckenbelüfter können als einfache Diffusoren ausgeführt werden, die in einem adäquaten Verhältnis
zwischen Länge und Tiefe zur Gewährleistung einer guten Wasserzirkulation ca. 50 cm über dem Boden der
Produktionseinheit angeordnet sind.
Niederdruckdiffusoren
•
Niederdruckdiffusoren bestehen aus mehreren Diffusorrohren, die in einen Stahlrahmen montiert sind. Sie
benötigen bei moderaten Wassertiefen (ca. 80 cm) einen geringen Vordruck. Die Sauerstoffeintragsleistung
ist gut, wenn die Konzentrationen niedrig sind. Sie eignen sich wegen der geringen Wassertiefe gut zur
Entgasung.
Oberflächenbelüfter
Oberflächenbelüfter werden oft in traditionellen Farmen benutzt. Sie verspritzen Wasser in die Luft, was zu
einem guten Wasser-Luft-Kontakt führt und den Wasserkörper gut durchmischt. Oberflächenbelüfter eignen
sich besonders dazu, Fische bei niedrigen Sauerstoffkonzentrationen am Leben zu halten und Wasser zu
entgasen.
Tropfkörper
Ein Tropfkörper wird durch ein Verteilungsgitter von oben mit Wasser beschickt. Es fließt im freien Gefälle
durch ein Filtermedium (z.B. Bio-Blocks), das eine große Oberfläche für die Belüftung (Sauerstoffeintrag)
und Entgasung (N2-, CO2-Austrag) bietet. Tropfkörper sind aber energieaufwändig, weil das Wasser
gepumpt werden muss (meist mindestens 1 m).
Airlift („Mammutpumpe”)
Die Förderung und Belüftung des Wassers in den Modellfarmen erfolgt gewöhnlich durch Airlifts. Sie
vereinigen beide Funktionen in einem Arbeitsschritt. Die verwendeten Airlifts bestehen aus einem
langgestreckten Schacht mit einer Längstrennwand (Abb. 19). Auf der Förderseite (Abb. 19 links) befinden
66/116
sich Diffusoren, die mit Druckluft aus Gebläsen beaufschlagt werden. Die treibende Kraft eines Airlifts ist der
Dichteunterschied zwischen dem angesaugten Wasser und dem Wasser-Luft-Gemisch auf der linken Seite
von Abb. 19. Begrenzende Parameter eines Airlifts sind die Luftbeaufschlagung (Gefahr von
Luftkanalbildungen bei zu hoher Beaufschlagung) und die maximale Förderhöhe. Bei einer Einblastiefe der
Luft von 2 m haben sich 10 cm als optimale Förderhöhe erwiesen.
Abb. 19: Prinzipskizze eines Airlifts (Lokalenergi 2008)
Energieverbrauch
Die Erzeugung von Druckluft ist energieintensiv. Daher ist es wichtig, den Luftbedarf zu optimieren. Der
Sauerstoffbedarf der Fische ist während der Fütterung und der Verdauung des Futters, d. h. während der
metabolischen Prozesse, am höchsten. Außerdem ist er abhängig von der Fischgröße und dem
vorhandenen Bestand.
Allerdings sind für eine optimale Nutzung der eingeleiteten Luft die Verhältnisse zwischen Luftmenge,
Belüftungsprinzip, Diffusorgeometrie und Wassertiefe zu beachten, um Folgendes zu erreichen:
•
Große Kontaktfläche zwischen Luftblasen und Wasser;
•
Die Luftblasen sollen eine möglichst lange Verweildauer in der Wassersäule haben, bevor sie die
Oberfläche erreichen;
•
Der Druckverlust im System soll möglichst gering sein.
Der wichtigste Faktor für die Effizienz der Airlifts ist das Verhältnis der Wasser- und Luftströme. Steigt der
Luftstrom zu stark an, geht die Fördereffektivität zurück bis hin zum Kollabieren des Airlifts. Die Versuche
zeigten eine direkte Beziehung zwischen Energieverbrauch und Sauerstoffeintrag. Zur weiteren Senkung
des spezifischen Energieverbrauches ist es erforderlich, das Verhältnis zwischen Energieaufnahme und
Gebläsedruck zu optimieren. Derzeit werden durchschnittlich 1,7 kWh/kg Fischzuwachs benötigt.
Bei der Belüftung wird einerseits Energie für die Kompression der Luft und andererseits für die damit
verbundene Temperaturerhöhung benötigt. Letzteres bedeutet Energieverlust. Bei den Energieverbrauchsversuchen benötigte der Airlift insgesamt 10 199 W, davon 5 801 W für die Kompression.
Zum Vergleich wurde der Energieverbrauch einer typischen Unterwasserpropellerpumpe mit maximal 0,4 m
Förderhöhe und einem Gesamtwirkungsgrad von ηges.= 0,4 nach Q * dp/ηges berechnet. Für Q = 1 300 m³/h =
0,362 m³/s und dp = 0,25 m WS = 2,5 kPa beträgt der Energiebedarf 0,362*2 500/0,4 = 2 260 W.
Propellerpumpen würden also nur ein Viertel der Energie benötigen wie Airlifts. Sie müssen aber noch durch
ein zusätzliches Belüftungssystem ergänzt werden, für das weitere Energie erforderlich ist.
Im Ergebnis der Untersuchungen zum Energieverbrauch in drei verschiedenen Modellfarmen können
folgende Schlussfolgerungen gezogen werden:
•
Die richtige Funktionsweise eines Airlifts hängt stark von einem ausgewogenen Verhältnis der Luft- und
Wasserströme ab, d. h. die Luftmenge muss an den Wasserdurchfluss angeglichen werden.
67/116
•
Es bestand eine lineare Beziehung zwischen dem Energieverbrauch durch Lufteinleitung und der
resultierenden Sauerstoffkonzentration des Wassers nach der Belüftung im Airlift.
•
Die Energiekosten für den internen Wassertransport durch Propeller-Tauchpumpen betragen ¼ der
Energiekosten für einen Airlift gleicher Umwälzleistung.
•
Die Beförderung des Wassers mit Propellerpumpen ist zwar billiger als mit einem Airlift. Es müssen
allerdings Energiekosten für die Belüftung durch eine zusätzliche Einrichtung (z.B. Teichbelüfter)
aufgebracht werden.
•
Eine geringere Luftmenge erbrachte im Bezug auf die Kosten eine größere Belüftungseffizienz als ein
hoher Luftdurchfluss.
•
Mit kleineren Luftblasen wird der angestrebte Sauerstoffgehalt leichter erreicht, d. h. Luftmenge und
eine möglichst lange Kontaktzeit zwischen Luft und Wasser sind wichtig für eine kostengünstige
Belüftung.
•
Je größer die Einblastiefe, desto höher sollte der Luftstrom sein, um eine gegebene Menge Sauerstoff
pro Zeiteinheit einzutragen.
•
Die Energiekosten der Belüftung waren im hohen Maße abhängig von der Belüftungsmethode, d. h. von
der Diffusorgeometrie.
•
Der Energieverlust, der durch den erheblichen
Rotationsgebläsen entstand, sollte beachtet werden.
•
Der kosteneffiziente Belüftungsprozess muss überwacht und gemäß den gegebenen Zuchtbedingungen
(Tagesvariationen, Jahreszeit, etc.) gesteuert werden.
•
Bei der Verwendung von Propellerpumpen als Ersatz für Airlifts müssen die Investitionskosten der
Pumpen sowie für zusätzliche Einrichtungen zum Sauerstoffeintrag berücksichtigt werden.
•
Es ist offensichtlich einfacher, die Energiekosten für den Wasserumlauf zu reduzieren als diejenigen für
die Belüftung.
Temperaturanstieg
bei
Verwendung
von
8.4. Kultivierung von Gartenteichpflanzen in den Lagunen
Die ehemaligen Erdteiche der Modellfarmen bleiben oft über die alten Gräben noch mit der Wasserführung
der Anlage verbunden und entwickeln sich so zu Lagunen mit üppiger Wildvegetation.
Das Prozesswasser aus der neuen (Kreislauf-)Anlage fließt nach der Behandlung im Reinigungsteil
(Schlammtaschen, Biofilter) langsam durch das Lagunengebiet, wo ihm durch die dort wachsenden Pflanzen
weitere Nährstoffe entzogen werden. Es findet also vor der Einleitung in den Vorfluter noch eine
Nachklärung statt. Die Lagunen sind wichtig für die Umsetzung von Nitrat, BSB5 sowie für die Sedimentation
von organischer Substanz und Phosphor. Wenig effektiv sind sie aber bei der Umsetzung von Ammonium zu
Nitrat. Durch den Abbau der organischen Substanz können im Bodenbereich anaerobe Bedingungen
auftreten, die die Denitrifikation des Nitrats zu atmosphärischen Stickstoff fördern. Die anaeroben
Bedingungen begünstigen also den Abbau der organischen Substanz und die Reduzierung des
Nitratgehaltes.
Die Vegetation in den Lagunen hat eine große Bedeutung für den Klärprozess. Das wurde in der Anlage
Ejstrupholm untersucht. Die wichtigsten wilden Pflanzenarten mit einem Bedeckungsgrad bis zu 80 % waren
Wasserschwaden (Glyceria maxima), Kleine Wasserlinse (Lemna minor), Wasserminze (Mentha aquatica),
Fadenalgen und Wasserstern (Callitriche stagnalis).
Den Pflanzen kommt eine wichtige Rolle bei der Nährstoffeliminierung und bei der Umsetzung der
Inhaltsstoffe des Prozesswassers zu. Dabei spielen sowohl die direkte Aufnahme von N und P durch die
Pflanzen als auch die Stoffumsetzungen des auf dem Pflanzenmaterial siedelnden Periphytons (Biofilm) eine
wichtige Rolle. Außerdem beeinflussen die Pflanzen die Strömungen und begünstigen so die Sedimentation
der Schwebstoffe.
Neben ihrer Funktion der Reduzierung der Emissionen aus der Forellenproduktion in die Umwelt können die
Lagunen zur Sekundärproduktion von Pflanzenarten dienen, die hohe Preise erzielen. Auf diese Weise
könnten zusätzlich Einkommen für die Forellenzüchter generiert werden. Das Marktpotenzial für
verschiedene Pflanzenarten ist bereits untersucht worden.
Bei den meisten Arten, die geprüft wurden, handelt es sich um mehrjährige Pflanzen, die neben ihrem
Potenzial zur Nährstoffadsorption auch akzeptable Preise am Markt erzielen. Insgesamt wurden neun Arten
68/116
getestet – 4 Iridacea, 1 Butomacea, 1 Nymphacea sowie Wasserkresse (Nasturcium officinale), Fieberklee
(Menyanthes trifoliata) und Sumpfdotterblume (Caltha palustris). Die Kultivierungsversuche wurden an
verschiedenen Stellen der Lagunen der Modellfarm Ejstrupholm durchgeführt. Diese Stellen waren durch
unterschiedliche
Durchströmung,
unterschiedliche
Nährstoffbelastung
und
unterschiedliche
Wasserparameter gekennzeichnet.
Wegen der dichten natürlichen Teichpflanzenvegetation auf den Lagunen und an deren Ufern wurden die
Gartenteichpflanzen in schwimmenden Polystyrolrahmen kultiviert.
Methode der schwimmenden Gärten auf den ungenutzten ehemaligen Produktionsteichen der Modellfarmen
(Foto: DTU-Aqua)
Die Lagunen stellen ein gutes Potenzial zur Reduzierung der Nährstoffeliminierung aus einer Fischfarm dar.
2
Zum Beispiel lag der Abbau des Gesamt-Stickstoffs bei >1 g pro m pro Tag. Allerdings spielt die
Verweildauer des Wassers in den Lagunen eine große Rolle für die Effizienz der Nährstoffrückhaltung.
Die starke natürliche Vegetation auf den Flächen und Ufern der Lagunen führte zu Problemen beim
Einbringen der Versuchspflanzen. Es war viel Handarbeit nötig, um erst einmal Platz für die
Versuchspflanzen zu schaffen. Sogar die konkurrenzstarke Iris, die sehr einfach zu kultivieren ist, wurde zu
Beginn von den rasch wachsenden Wildpflanzen überwuchert.
Außerdem wurden die Wurzeln der Versuchspflanzen von Sumpfmäusen (Microtus oeconomus)
abgefressen.
Wasserkresse (Nasturcium officinale), Fieberklee (Menyanthes trifoliata) und Sumpfdotterblume (Caltha
palustris), die sich alle rasch ausbreiten, wurden auf der Mitte eines der alten Erdteiche angesiedelt. Einige
dieser Arten überlebten und wuchsen. Die Wachstumsraten waren jedoch geringer als erwartet. Das kann
mit den anaeroben Bedingungen in den Teichen im Zusammenhang stehen. Eine Art wurde komplett von
den Sumpfmäusen vernichtet.
Die geprüften Pflanzenarten verbreiten sich entweder auf natürliche Weise durch ihre Rhizome, oder sie
können manuell durch Teilung ihrer Rhizome bzw. Sprosse vermehrt werden. Die Iris-Arten bilden neben der
vegetativen Reproduktion auch Samen. Pflanzen, die aus Samen gezogen werden, unterscheiden sich aber
im Gegensatz zu vegetativ vermehrten Pflanzen genetisch immer etwas von den Mutterpflanzen. Sie können
deshalb phänotypisch von den Elternpflanzen abweichen (z.B. in Farbe oder Blütenform), was die
Verkaufsfähigkeit beeinträchtigen kann.
Das Konzept 'Schwimmende Gärten' war relativ erfolgreich. Die verwendeten Schwimmrahmen können zu
größeren Einheiten von einigen hundert Quadratmetern zusammengefasst werden. Die dänischen
Forellenfarmen sind aber durch zahlreiche kleine und schmale stillgelegte Erdteiche charakterisiert. Sie sind
deshalb meist vollständig mit natürlicher Vegetation bedeckt, die sich günstig auf die Nährstoffrückhaltung
auswirkt. Das macht aber andererseits die Anwendung des Schwimmrahmenkonzepts in größeren Einheiten
69/116
kompliziert.
Zur Verbesserung der kommerziellen Produktion von Gartenteichpflanzen in der Modellfarm Ejstrupholm
wäre es vorteilhaft, Teile des Lagunensystems zu rekonstruieren. Dabei müssten größere freie
Flachwasserflächen geschaffen werden, auf denen entweder Schwimmrahmen ausgebracht oder
Zierpflanzen direkt kultiviert werden.
Einige Aspekte des Pflanzenteichbaus sollten bei der Errichtung neuer Farmen im Auge behalten werden.
Dabei sollte auch die kombinierte Nutzung der Lagunen für Gartenteichpflanzen und dichte natürliche
Vegetation wie Schilfrohr (Phragmites australis) oder andere Depotpflanzen angestrebt werden. Das könnte
zur Verbesserung der Sauerstoffverhältnisse beitragen. Derzeit weisen die meisten Pflanzenlagunen der
Modellfarm Ejstrupholm überwiegend anaerobe Bedingungen auf, die das Wachstum vieler Pflanzen
hemmen können. Es muss außerdem berücksichtigt werden, dass große Einheiten von Schwimmrahmen
den Sauerstoffaustausch mit der Atmosphäre behindern. Das beeinträchtigt auch die Sauerstoffversorgung
der Pflanzenwurzeln.
Die Untersuchungen zeigten ein gutes Wachstum einiger Teichpflanzen, besonders der Iridaceen. Aber den
potenziellen Einnahmen durch den Verkauf der Pflanzen stehen hohe Arbeitsaufwendungen in der
Anfangsperiode („Jäten“) und bei der Ernte gegenüber.
8.5. Kultivierung alternativer Fischarten in den Lagunen
Nach seiner Aufbereitung in den Reinigungsanlagen des Produktionsteils der Farm (Schlammfänge, Biofilter)
fließt das Wasser langsam durch das Lagunengebiet, wo weitere Nährstoffe durch die Pflanzen entfernt
werden (Nachklärung), bevor es in die fließende Welle eingeleitet wird.
Die Pflanzenlagunen können neben ihrer Klärfunktion auch noch für die Erzeugung hochpreisiger Satzfische
genutzt werden und so weitere zusätzliche Einkommen ermöglichen.
Die Grundidee war, die Rentabilität der Farm ohne negative Beeinflussung der Forellenproduktion und der
Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems zu optimieren. Es wurde weiterhin vorausgesetzt, dass die
Sekundärproduktion ausschließlich unter in den Lagunen herrschenden Bedingungen erfolgt, d.h. auch ohne
zusätzliche Fütterung.
Die Grundidee war, dass Fischlarven und -setzlinge auf der Grundlage der natürlichen Zooplanktonproduktion der Lagunen erzeugt werden. Deshalb wurde zuerst geprüft, ob die Zooplanktonmenge der
Lagunen ausreichend für die Ernährung der Fische ist, z.B. Barsch- oder Zanderlarven.
Aus den Zooplanktonproben ergab sich, dass die Lagunen weniger geeignet für die Aufzucht von Fischbrut
sind. Die Produktion von Satzfischen verschiedener Arten für die weitere Mast, für Angelgewässer oder für
den Zierfischsektor in Netzgehegen könnte aber eine attraktive Technologie darstellen.
Die Netzgehegeversuche wurden sowohl in den Lagunen der Modellfarm Ejstrupholm als auch in zwei
Angelseen (Put-and-Take-Fischerei), die eine für Fischlarven besser geeignete Wasserqualität und höhere
Zooplanktonproduktion aufwiesen, durchgeführt. Als Fischarten wurden Barsch- und Zanderlarven gewählt.
8.5.3. Bewertung des Moduls anhand der SustainAqua-Nachhaltigkeitsindikatoren Nährstoff-,
Wasser- und Raumnutzungseffizienz
Die Beprobung des Zooplanktons im Frühling (Brutsaison) zeigte, dass die Planktondichte stark schwankt
und generell unterhalb des Niveaus lag, das für das Überleben und das Wachstum von Fischlarven
erforderlich ist. Außerdem war die Wasserqualität instabil mit Perioden mit niedrigen Sauerstoffkonzentrationen und Schwefelwasserstoffbildung. Deshalb werden die Lagunen als ungeeignet für die
Aufzucht von Fischlarven bewertet.
In den nachfolgenden Netzgehegeversuchen wurden die Gehege mit Barsch- und Zanderlarven besetzt. Die
Nutzung der Lagunen der Modellfarm Ejstrupholm zur Satzfischproduktion erwies sich wegen
Sauerstoffmangel und Fadenalgenentwicklung als nicht möglich. Die Belüftung des Wassers innerhalb der
Netzgehege reichte nicht aus, um akzeptable Sauerstoffkonzentrationen zu erreichen.
Die parallelen Versuche in sogenannten "Put-and-Take"-Seen zeigten jedoch, dass Fischlarven vom Schlupf
bis zu einer Größe von 2 – 3 cm in Netzgehegen ohne menschliches Zutun erzeugt werden können.
70/116
8.6. Zusammenfassung – Erfolgsfaktoren und Einschränkungen
Die Ergebnisse der dänischen Fallstudie lieferten wertvolle Informationen und Instrumente zur:
•
Reduzierung der Emissionen an Nährstoffen und organischer Substanz, d.h. zur Reduktion des
Umwelteinflusses,
•
Optimierung der Energiekosten,
Erhöhung der Nachhaltigkeit durch Kultivierung von Gartenteichpflanzen und zur Aufzucht
zusätzlicher Satzfische alternativer Arten in den Lagunen der Modellfarmen.
Auf folgende Erfolgsfaktoren und Einschränkungen kann hingewiesen werden:
•
•
Die Nutzung der Lagunen der Modellfarm Ejstrupholm zur Satzfischproduktion erwies sich wegen
Sauerstoffmangel und Fadenalgenentwicklung als nicht möglich. Aber parallele Versuche in Put-andTake-Seen zeigten, dass Fischlarven vom Schlupf bis zu einer Größe von 2 – 3 cm in Netzgehegen
ohne Zufütterung erzeugt werden können.
•
Die ordnungsgemäße Funktion der Airlifts hängt in starkem Maße von einem ausgewogenen
Verhältnis zwischen Luft- und Wasserstrom ab, d.h. die Luftmenge muss immer an die geplante
Wassermenge angepasst werden.
•
Die Energiekosten für die Belüftung des Wassers hängen signifikant von der technischen
Ausführung ab, d.h. von der Diffusorgeometrie.
•
Die Energieverluste durch die kompressionsbedingte Erwärmung der Luft sollten berücksichtigt
werden.
•
Der Belüftungsprozess sollte im Interesse der Kostensenkung nach den aktuellen Bedingungen in
der Farm (tägliche und saisonale Schwankungen usw.) überwacht und gesteuert werden.
•
Es besteht die Gefahr erhöhter CO2-Konzentrationen.
Das Modellfarm-Konzept nach dem Prinzip des geschlossenen Kreislaufs kann generell vom europäischen
Aquakultursektor übernommen werden.
71/116
8.7. Von der Fallstudie zur Fischfarm: Wie kann man eine Modellforellenfarm mit einer
Produktion von 500 Jahrestonnen betreiben (Modellfarm Ejstrupholm)
8.7.1. Beschreibung der Modellfarm
Die Modellfarm Ejstrupholm liegt am Fluss Holtum Å in Mitteljütland, Dänemark. Sie besteht aus zwei
identischen Produktionsteilen mit je 8 Sektionen. Abb. 20 zeigt eine Skizze der Modellfarm.
Pflanzenlagunen
Schlammtrichter
Pflanzenlagunen
Kanal zur Lagune
Schlammtrichter
Pflanzenteich
Fluss
Schlammüberlauf
Kanal
zur
Lagune
Kanal
Schlammtrichter
1
= Richtung des Wasserstroms
F
Kanal
zur
Lagune
Betonfischbecken
= Forellenproduktion
Abb. 20: Skizze der Ejstrupholm-Modellfarm (Die Pfeile zeigen die Richtung der Wasserströme an)
Das Wasser wird durch Airlifts im Kreislauf geführt. Im Airlift werden Wasserförderung und Belüftung in
einem Arbeitsschritt vereint. Er besteht aus einem Schacht mit einer Trennwand. Auf der Förderseite des
getrennten Schachtes sind Diffusoren angeordnet, die mit Druckluft aus Gebläsen beaufschlagt werden. Das
Funktionsprinzip wurde bereits unter 8.3.2 beschrieben.
Die partikuläre Substanz aus den Produktionsteilen wird in Schlammtrichtern gesammelt, die in den Boden
der Produktionsteile eingelassen sind. Der abgesetzte Schlamm wird in Sedimentationsbecken gepumpt.
Das Wasser passiert danach einen Biofilter, wo die Umsetzung von Ammonium/ Ammoniak zu Nitrit und
weiter zu Nitrat erfolgt.
Das Ablaufwasser aus dem Produktionskreislauf und das Überstandswasser aus der Schlammsedimentation
werden durch die Pflanzenlagunen (frühere Forellenteiche in Erdbauweise) geleitet, die durch die alten
Kanäle noch miteinander verbunden sind und so eine Lagunenfläche mit wilder Vegetation bilden. Das in
den Einrichtungen des Produktionskreislaufes (Schlammtrichter, Biofilter) bereits weitgehend geklärte
Ablaufwasser wird durch die langsame Passage durch das Lagunensystem einer Nachklärung mit weiterer
Eliminierung von Nährstoffen durch die Vegetation unterzogen, bevor es in den Fluss eingeleitet wird.
8.7.2. Beschreibung der Farmabläufe
Tabelle
42
zeigt
die
Produktionsemissionen,
die
72/116
Netto-Emission
und
die
Effizienz
der
Wasseraufbereitungseinrichtungen der Modellfarm Ejstrupholm sowie den Vergleich zu den Produktionsemissionen durch die eigentliche Fischproduktion (g Nährstoff/kg Fischzuwachs) aus traditionellen
dänischen Forellenfarmen.
Die Ergebnisse zeigen bei den Nährstoffen eine hohe Eliminierungsrate aus dem Produktionswasser der
Modellfarm. Insbesondere waren die spezifischen Emissionen bei Phosphor und organischer Substanz im
Vergleich zu den traditionellen dänischen Farmen signifikant geringer. Dabei waren die Einrichtungen
innerhalb der Farm besonders effektiv bei Ammonium, Phosphor und organischer Substanz und die
Lagunen bei organischer Substanz, suspendiertem Phosphor und Nitrat (Details, siehe Kapitel 8.2.3).
Produktionsemissionen
Netto-Emission
Reinigungsgrad
Mittlere spezifische
Emissionen
(Dänemark)
Vergleich
Ejstrupholm zu
Mittel Dänemark
(g/kg Zuwachs)
(g/kg Zuwachs)
(%)
(g/kg Zuwachs)
(% vom dänischen
Mittelwert)
Gesamt-N
33.7
15.8
53
31.2
51
Gesamt-P
4.3
0.39
91
2.9
13
BSB5
78.7
3.2
96
93.6
3
CSB
224.9
-
-
Tabelle 42: Spezifische Emissionen durch die Fischproduktion, Netto-Emissionen und Reinigungsgrad der Modellfarm
Ejstrupholm sowie Vergleich mit den traditionellen dänischen Forellenfarmen
8.7.3. Wasserbilanz der Farm
Das Frischwasser für die Produktionsanlage wird aus der Dränung, die unter der Anlage verlegt ist, und/
oder aus nahe gelegenen Brunnen gefördert – insgesamt etwa 45 l/s. Das entspricht einer Verweilzeit in der
Anlage von 35 Stunden. Der Energieverbrauch für das Pumpen und den Sauerstoffeintrag betrug
1,7 kWh/kg Fischzuwachs.
8.7.4. Pro und Contra – traditionelle Forellenfarmen vs. Modellfarmen
Der Vergleich der traditionellen Farmen mit dem Modellfarmkonzept kann wie folgt charakterisiert werden:
Vorteile:
Nachteile:
•
Der Frischwasserverbrauch reduziert sich von •
etwa 50.000 l auf etwa 3.900 l/kg Zuwachs.
Erhöhter Bedarf an Sicherheitssystemen:
Elektroenergie, Sauerstoff, Pumpen usw.
•
Geringerer Einfluss auf die Umwelt
•
Erhöhte Freisetzung von CO2
•
Stabile Produktionsbedingungen
•
Risiko überhöhter Ammoniakkonzentrationen
•
Geringe Schwankungen der Wasserqualität
•
Höherer Energieverbrauch pro kg Zuwachs
•
Die Produktion erfolgt unabhängig von einem
Fließgewässer
•
Verbesserte Effizienz der Reinigungssysteme
•
Geringere Temperaturschwankungen durch die
Verwendung von Grundwasser
•
Verbesserte Kontrolle von Management und
Produktion
•
Reduziertes Risiko durch externe Infektionen
•
Reduzierter Bedarf von Fischarzneimitteln
•
Verbessertes Arbeitsumfeld.
Die Investitionskosten für eine Modellfarm des Typs Ejstrupholm mit einer Leistung von 500 Jahrestonnen
liegen bei ca. 1,6 Mio. €. Das sind 3.000 – 3.500 €/Jahrestonne Futter.
73/116
Fallstudie in den Niederlanden
9.
Tilapiazucht in Kreislaufanlagen – Fallstudie in den Niederlanden
9.1. Modul – Schlammdenitrifikationsreaktor (SDR)
In den Niederlanden wird Fisch hauptsächlich in Kreislaufanlagen kultiviert. Um die Nachhaltigkeit der
Fischkulturen in den Kreislaufanlagen noch weiter zu verbessern, versuchen die Fischzüchter Folgendes:
1. Reduzierung des Energie- und Wasserverbrauches
2. Reduzierung der Abwassermenge (Reduzierung der Abwassergebühren),
3. Verbesserung der Futterverwertung (Optimierung der Futtermittel und Kulturbedingungen)
4. Verringerung der Abwassergebühren (Abwasserbewertungkriterien: CSB, Kjeldahl-N und Phosphor)
Um diese Ziele zu erreichen, müssen systeminterne Innovationen entwickelt werden, die die Emissionen von
gelöstem und partikulären Stickstoff, dem CSB und organischem Material verringern. In dieser Fallstudie
wurde die Integration eines Schlammdenitrifikationsreaktors mit aufwärts gerichteter Strömung (SDR-AS) in
Kreislaufanlagen untersucht, um den Wasserverbrauch, die damit verbunden Heizkosten und den
Nährstoffgehalt im Abwasser zu reduzieren. In diesem Reaktor werden die Reststoffe aus der Fischhaltung,
wie Kot und Futterreste, durch die aufwärtsgerichtete Strömung in Schwebe gehalten. Mit einem Rührwerk
wird eine gleichmäßige, horizontale Durchmischung gewährleistet, ohne dabei die Schichtung innerhalb des
Reaktors zu stören.
Die Forschungsziele der holländischen Fallstudie umfassten folgende Untersuchungen: Effekt der
Strömungsgeschwindigkeit auf die Denitrifikationsleistung des Reaktors, Einfluss des C:N-Verhältnisses im
Fischfutter auf die Denitrifikation und die Wasserqualität; Effekt einer auf Pflanzenprotein basierenden
Ernährung auf die Denitrifikation und die Wasserqualität; die Leistung des Reaktors beim Upscaling;
Effizienz des Geotube®-Systems zur Feststoffkonzentration aus dem SDR-AS, Effekt des SDR-AS auf
Gesundheit und Wohlergehen der Fische in einer mittelgroßen Versuchskreislaufanlage und ob die
Integration eines SDR-AS in eine Kreislaufanlage das Aufkommen von Fremdaromen (Off-flavour)
verhindert. Schließlich wurden auf der Basis der Untersuchungsergebnisse und kommerzieller Daten
(ZonAquafarming B.V) zwei hypothetische 100 MT-Kreislaufanlagen mit und ohne SDR-AS berechnet und
im Hinblick auf Indikatoren zur Nachhaltigkeit miteinander verglichen.
Die Planung einer Fischfarm beginnt mit der Wahl der Fischart, die kultiviert werden soll. Die Wahl der
Fischart bestimmt zu weiten Teilen die Planung der Produktion, die Ansprüche an Tierhaltung und
Wasserqualität sowie die Produktion von Reststoffen (Kot und Futterreste). Die Produktion von Fisch ist
unvermeidlich mit einer Produktion dieser Reststoffe verbunden. Diese werden in das Wasser
ausgeschieden, in dem die Fische leben, und verschlechtern dabei die Wasserqualität. Deshalb ist ein
konstanter Wasserfluss notwendig, der diese Reststoffe entfernt. In einem Durchflusssystem ist der
Durchfluss durch die Fischbecken auch gleich dem Wasseraustausch des Systems (Abb. 21).
Fischbecken
AufbereitungsEinheit 1
Fischbecken
AufbereitungsEinheit 2
Kreislaufanlage
Durchflusssystem
Abb. 21: In einem Durchflusssystem ist der Durchfluss durch das Fischbecken gleich dem Wasseraustausch des
Systems. In einer Kreislaufanlage wird der Wasserfluss vom Fischbecken gereinigt und wieder verwendet. Die
verschiedenen Aufbereitungseinheiten benötigen verschiedene Ströme und werden manchmal in einer separaten
Schleife innerhalb des Systems betrieben.
74/116
In einer Kreislaufanlage wird das Wasser, das vom Fischbecken kommt, gereinigt und wieder verwendet
(Abb. 21). Feststoffe werden durch Sedimentation oder Filtration entfernt, Sauerstoff wird durch Belüftung
oder Sauerstoffzufuhr zugefügt, Kohlendioxyd wird durch Entgasung entfernt und Ammonium wird meist
durch Nitrifikation in aeroben biologischen Filtern in Nitrat umgewandelt. Jeder Schritt der Wasseraufbereitung reduziert den Wasseraustausch des gesamten Systems bis zur nächsten begrenzenden
Reststoffkomponente. In konventionellen Kreislaufanlagen wird der notwendige Wasseraustausch durch die
Nitratkonzentration bestimmt (Abb. 22). In der neuesten Generation von Kreislaufanlagen wird das Nitrat
durch Denitrifikation in anoxischen biologischen Filtern in gasförmigen Stickstoff (N2) umgewandelt. In diesen
Denitrifikationsreaktoren wird organisches Material (bevorzugt aus internem Ursprung, d. h. nicht verzehrtes
Futter und der Fischkot von der Feststoffentnahme) oxidiert, wobei der Sauerstoff vom Nitrat-Molekül zum
Einsatz kommt. Diese Kreislaufanlagen der letzten Generation reduzieren dadurch nicht nur den
Wasserverbrauch und die Stickstoffentsorgung (es muss weniger Nitrat ausgespült werden), sondern auch
die anfallenden Reststoffmengen.
Für alle Abschnitte einer Kreislaufanlage, die Fischhaltungs- sowie die Wasseraufbereitungseinheiten,
stellen sich zwei grundlegende Fragen: (1) wie viel Wasser muss durchgeleitet werden und (2) welche
Dimensionen werden benötigt (d. h. Volumen und Form). Für die Fischbecken sollte der Durchfluss groß
genug sein, um die produzierte Menge an Reststoffen entfernen zu können und eine für den Fisch
akzeptable Wasserqualität zu gewährleisten. Für jede Aufbereitungseinheit sollte der Durchfluss groß genug
sein, um dieser Einheit die abzubauende Menge an Nährstoffen ('Abfall') zuzuführen. Verschiedene
Aufbereitungseinheiten können verschiedene Durchflussraten erfordern und werden innerhalb des Systems
oftmals im Beipass betrieben (Abb. 21).
Das notwendige Volumen der Fischbecken hängt von der maximalen Besatzdichte der betreffenden Fischart
ab. Das notwendige Volumen und die Form der Aufbereitungseinheiten hängen von deren funktionalen
Eigenschaften ab. Für die Entnahme von Feststoffen spielt die Verteilung der Partikelgrößen eine wichtige
Rolle. Für biologische Filter hängt das Volumen von der spezifischen Abbaurate ab, die als abgebauter
3
'Reststoff '/m /d ausgedrückt wird.
Folglich ist eine genaue Kenntnis der zu erwartenden Menge an Reststoffen für die Planung einer
Kreislaufanlage von entscheidender Bedeutung. Da sämtliche Reststoffe aus dem Futter stammen (Reststoff
= Futter, das nicht in Fischbiomasse umgesetzt wird), ist es wichtig, die Futtermenge pro Tag zu bestimmen.
Wegen der Fluktuation des Fischbestandes, die durch Abfischung und neuen Besatz verursacht wird,
schwankt auch die Futtermenge. Die Konzeption der Anlage sollte auf der geplanten Jahresproduktion und
der damit verbundenen maximalen angenommenen Futtermenge basieren. Die maximale tägliche Futtermenge kann wiederum aus dem Kulturplan errechnet werden. Aus der maximal anzunehmenden
Futtermenge kann mit dem Nährstoffbudgetmodell die Abfallproduktion berechnet werden. Dieses Nährstoffbudgetmodell berechnet aus der Futterzusammensetzung, der Futterverdaulichkeit des Futters, der
Zusammensetzung des Fisches bei der Ernte und der Fischatmung die Mengen an Reststoffen; und zwar
sowohl als Feststoffe, wie Fischkot, und als gelöste Reststoffe, die über die Kiemen und im Urin
ausgeschieden werden.
9.1.2. Grundprinzipien des Schlammdenitrifikationsreaktors (SDR)
Ein SDR-AS ist ein zylinderförmiger, anoxischer Reaktor (ohne Sauerstoff), der mit dem zurückgehaltenen
Reststoffen des Trommelfilters 1 (Abb. 22) gespeist wird. Dieser Zulauf enthält gelöste und partikuläre
organische Stoffe, Bakterienflocken und anorganische Verbindungen. Der Zulauf befindet sich unten in der
Mitte des Reaktors und erzeugt somit eine aufwärtsgerichtete Strömung. Die Aufwärtsströmung im Reaktor
ist so eingestellt, dass sie kleiner ist als die Absetzgeschwindigkeit des Hauptanteils der partikulären
Reststoffe. Damit bildet sich eine Schicht aus partikulären Reststoffen im unteren Teil des Reaktors. In
dieser Schlammschicht wird der partikuläre, kohlenstoffhaltige Fischkot von denitrifizierenden Bakterien
biologisch abgebaut. Das führt zu: (1) Produktion der Bakterienbiomasse, (2) Reduktion von Nitrat in
gasförmigen Stickstoff und Erzeugung von Kohlendioxyd (3) Produktion von Alkalinität und (4) Erzeugung
von Wärme. Die partikulären Reststoffe in der Schlammschicht dienen auch als Medium, auf dem die
denitrifizierenden Bakterien wachsen können. Nach einer Absetzphase verlässt das Wasser den Reaktor
durch einen V-förmigen Überlauf im oberen Bereich des Reaktors. Im Vergleich zu einer konventionellen
Kreislaufanlage erlaubt eine mit einem SDR-AS ausgestattete Kreislaufanlage: eine Reduzierung der
Frischwasserzufuhr zur Stickstoffkontrolle; eine Reduzierung der Nitrat-Stickstoffabgabe; eine Reduzierung
des Energieverbrauchs durch die verminderte Zufuhr an Frischwasser und der Wärmebildung durch die
Bakterienbiomasse im SDR-AS; eine weitere Konzentration der Feststoffe aus dem Trommelfilter; eine
Reduzierung der Nachbehandlung des Produktionswassers in Menge und Umfang, da der SDR-AS die
Feststoffe bereits vorkonzentriert und biologisch abbaut; Reduzierung der Gebühren für den
Nährstoffaustrag (TAN, Nitrat, org-N und sonstiges organisches Material (CSB)); Anstieg der
Alkalinitätsproduktion und ermöglicht einen pH-neutralen Fischkulturbetrieb. Nachteile sind: höhere
75/116
Investitionen, die größere Notwendigkeit von Fachwissen zum Betrieb des Systems, die Anreicherung von
gelösten Salzen.
Die SustainAqua-Nachhaltigkeitsindikatoren, die in diesem Modul für eine konventionelle Kreislaufanlage
ohne SDR-AS und eine hypothetische Kreislaufanlage mit SDR-AS angewendet werden, sind:
Ressourcennutzung pro kg Ernte, Nährstoffverwertung in % des Eingangswerts, und Abfallmenge pro kg
Ernte (siehe Tabelle 43).
Konventionelle
Kreislaufanlage
SDR-AS
KA
Ressourcennutzung
Jungfisch (#/kg)
Futter (kg/kg)
Elektrizität (kWh/kg)
Heizung (kWh/kg)
Wasser (L/kg)
Sauerstoff (kg/kg)
Bikarbonat (g/kg)
Arbeit (h/MT)
Konventionelle
Kreislaufanlage
SDR-AS
KA
Abfallausleitung
1.2
1.22
1.8
10.0
238
1.18
252
12.5
1.2
1.22
2.2
0.0
38
1.26
a
107
13.1
Stickstoff (% des Input)
Phosphor (% des Input)
32
43
32
43
CSB (% des Input)
32
32
GSB (% des Input)
32
32
Stickstoff
Fest (g/kg)
Gelöst (g/kg)
Phosphor
Fest (g/kg)
Gelöst (g/kg)
CSB
Fest (g/kg)
Gelöst (g/kg)
GSB
Fest (g/kg)
Gelöst (g/kg)
CO2 (kg/kg inkl. Gas)
(g/kg)
Konduktivität (µS/cm)
8.5
37.4
2.6
5.9
4.5
3.8
7.2
1.3
189
40
84
9
227
48
1.58
95
11
1.10
62
28
1060
2000
a) In der Praxis ist der Bedarf an Bikarbonat (Alkalinität) tatsächlich Null, wenn Denitrifikation angewendet wird.
GSB= Gesamtsauerstoffbedarf; KA= Kreislaufanlage
Tabelle 43: Bestimmung der SustainAqua-Nachhaltigkeitsindikatoren im MDR-Modul
In der Fallstudie 'Niederlande' zeigt die Integration eines Schlammdenitrifikationsreaktors in eine
konventionelle Kreislaufanlage Folgendes:
Erfolgsfaktoren
•
Wasser-, Energie- und Alkalinitätsverbrauch können in konventionellen Kreislaufanlagen erheblich
vermindert werden.
•
Der Energieverbrauch wird im Vergleich zu konventionellen Kreislaufanlagen stark reduziert, da:
(a) weniger Wasser ausgetauscht wird, um die Nitratkonzentration zu kontrollieren und folglich auch
weniger geheizt werden muss, (b) ein beachtlicher Anteil der Wärme in der bakteriellen Biomasse
erzeugt wird, der die Nährstoffe wiederverwertet und oxidiert, die andernfalls vergeudet würden.
Im Vergleich mit einer konventionellen Kreislaufanlage werden die Mengen organischer Feststoffe im
SDR verringert (biologischer Abbau) und innerhalb des Beipasses konzentriert. Eine weitere
Reststoffkonzentration der SDR-Schlämme ist durch eine Entwässerung mittels des Geotubes®Systems möglich.
Aussichten
•
•
In zukünftigen Fischzuchten, wo das Nitrat-N nicht durch einen SDR-AS kontrolliert werden kann, kann
eine veränderte Futtermittelzusammensetzung, mit dem Ziel eines größeren C/N-Verhältnisses im
produzierten Fischkot, ein rentables Instrument zur Kontrolle der Nitratansammlung durch Denitrifikation
sein. In der Folge werden Wasser-, Energie- und Alkalinitätsverbrauch verringert.
•
Pflanzenproteinnahrung kann in Zukunft eingesetzt werden, um das Nachhaltigkeitsimage von Fisch,
der in Kreislaufanlagen produziert wird, weiter zu verbessern. Die Studie zeigte keine nennenswerten
Auswirkungen von Pflanzenproteinnahrung auf die Leistung eines SDR-AS. Allerdings war die
Konzentration von Orthophosphat-P in der Kreislaufanlage erheblich höher, verglichen mit einer auf
76/116
Fischmehl basierenden Fütterung.
Einschränkungen
•
Niltilapia bis zu ±150 g können in einem fast geschlossenen Kreislaufsystem mit Wasseraustauschraten
von 30 l/kg Futter/Tag (mit SDR) gehalten werden, ohne dass dadurch das Wohlergehen des Fisches
beeinträchtigt würde. Größere Einzelexemplare (±300 g) hingegen scheinen ein (tendenziell)
verzögertes Wachstum zu zeigen, wenn sie bei einer ähnlichen Wasseraustauschrate in einer
Pilotkreislaufanlage gehalten werden, die mit einem SDR-AS ausgestattet ist. Dieser Effekt wurde
jedoch in kommerziellen Kreislaufanlagen nicht beobachtet (Information von ZonAquafarming B.V).
•
Zum Betreiben des Systems sind höhere Investitionen und ein besseres Fachwissen notwendig.
Die hier zusammengefassten Vor- und Nachteile bei der Verwendung eines SDR-AS in einer
konventionellen Kreislaufanlage basieren auf einer Fallstudie für eine hypothetische 100 t Tilapiafarm
(=Jahresverkauf 100 t) auf Forschungsdaten (Universität Wageningen) und auf Daten einer kommerziellen
Kreislaufanlage (ZonAquafarming B.V).
Die geschätzten Vor- und Nachteile, für eine Kreislaufanlage mit einem SDR-AS und ein Geotube®-System
sind folgende:
Vorteile
Ressourcennutzung:
•
Reduzierung der Energiekosten auf 9,6 kWh/kg Ernte
•
Reduzierung des Wasserverbrauchs auf 200 L/kg Ernte
•
Reduzierung des Bikarbonatverbrauchs auf 252 g/kg Ernte
Nährstoffrückgewinnung:
•
Nährstoffrückgewinnung durch Bakterien und Umwandlung in 0,5 kWh/kg
produziertem Fisch
Nährstoffaustrag:
•
Reduzierung um
81% für N,
59% für CSB,
61% für GSB,
30% für CO2
1)
58% für Summe gelöster Salze
Schlammmenge:
•
Reduzierung der Schlammmenge auf 7,3 L/kg Futter bei Einsatz von
Geotube®-Systemen
•
Höhere Investitionen (± Euro 52 800 für die SDR-AS's und zusätzliches
Biofiltermaterial und -volumen) im Vergleich mit konventionellen
Kreislaufanlagen
•
Es kann ein Trommelfilter mit einer größeren Filterkapazität notwendig sein,
da nicht die gesamten sedimentierbaren Feststoffe im SDR-AS
zurückgehalten werden. Die Abbaueffizienz (%) des SDR-AS für
sedimentierbare Feststoffe war in Pilotversuchen 65 ± 18 % (durchschn. ±
Stabw.; N=7).
Nachteile
1)
•
Höheres Fachwissen zum Betrieb einer Kreislaufanlage mit SDR-AS.
•
C:N Verhältnis im Fischkot kann die Denitrifikationsrate limitieren.
Reduzierung der Kohlendioxyd-Emission aufgrund von Einsparungen an Verbrauch von fossilem Treibstoff.
Unter den wirtschaftlichen Bedingungen in den Niederlanden zeigt die Fallstudie um 10% verringerte
Produktionskosten pro kg geerntetem Fisch für eine mit SDR-AS ausgestattete Kreislaufanlage, verglichen
mit einer Kreislaufanlage ohne SDR-AS.
77/116
9.2. Von der Fallstudie zur Fischfarm: Integration eines SDR-AS in eine 100 t
Tilapiakreislaufanlage
9.2.1. Einführung
In dieser Fallstudie werden die Auswirkungen der Integration eines SDR-AS in eine 100 t
Tilapiakreislaufanlage anhand der Nachhaltigkeitsindikatoren demonstriert. Verglichen wird eine
konventionelle Kreislaufanlage mit eine Anlage mit SDR-AS. Der Vergleich basiert auf dem Konzept und den
Ergebnisse von ZonAquafarming B.V. mit der intensiven Zucht von Tilapia (Abb. 22).
Fischbecken
O2
O2
Fischbecken
Belüftung
Bewegtbettfilter
Trommelfilter
Bewegtbettfilter
Belüftung
Trommelfilter
SDRAS
Konventionell
SDR-AS
Abb. 22: In dieser Fallstudie werden eine konventionelle Kreislaufanlage und eine Kreislaufanlage mit einem SDR-AS,
beide gemäß dem ZonAquafarming B.V. Konzept, miteinander verglichen.
Die Fallstudie ist im Handbuchformat ausgeführt, um Richtlinien zur Entwicklung eines Kurses bezüglich
SDR-AS-Konstruktion und -betrieb zu geben. Die notwendigen Schritte zur Konstruktion einer
Kreislaufanlage sind in Tabelle 44 dargestellt. Diese Schritte werden in den folgenden Abschnitten diskutiert.
Fischart
Tilapia
Produktion von Reststoffen
Chem. Zusammensetzung des Fischs
Wachstumskurve
Besatzgewicht
70
Gramm
Futterzusammensetzung
Schlachtgewicht
845
Gramm
Verdaulichkeit
Zeit
24
Wochen
Futteraufnahme
Sauerstoffverbrauch Fisch
Durchflussrate
Futterumsetzung
1.34
Max. Besatzdichte
140
kg/m
Wasseraustausch Fischbecken
0.5
%
Wasseraustausch gesamtes System
Sterblichkeit
Kulturplan
Grenzwerte für die Wasserqualität
3
MT/Jahr
Durchfluss der Wasseraufbereitung
Aufbereitungssysteme
Produktionsziel
100
Wachstumsphasen
2
Besatz-/Ernteschema
3
Wochen
N, P und CSB
Maximale Futtermenge
349
kg/d
Nachhaltigkeitsindikatoren
Ergebnisse
Tabelle 44: Schritte der Planung einer Kreislaufanlage
9.2.2. Umsetzung
Fischart
Zuerst muss die Auswahl der zu kultivierenden Fischart getroffen werden. Hier fiel die Wahl auf Niltilapia
(Oreochromis niloticus). Oft wird diese Entscheidung basierend auf dem Marktpreis des Fisches getroffen.
Für die wirtschaftliche Nachhaltigkeit ist jedoch die Differenz zwischen Marktpreis und Produktionskosten
3
entscheidend, die in intensiven Systemen weitgehend durch die Produktivität (kg/m /Jahr) bestimmt wird.
Wachstumskurve
Durch die Wahl der Fischart und der vermarktbaren Größe bestimmt man weitestgehend auch den Bereich
der Wachstumskurve der für die Kultur genutzt werden soll, d. h. das Besatz- und Schlachtgewicht. Die
78/116
800
SGR (%/d)
Body weight (g)
Wachstumskurve des Fisches stellt die Gewichtszunahme über die Zeit dar, bis zum Erreichen des
Schlachtgewichtes. Die Dauer dieser Zeit wird von der Futteraufnahme und der Futterverwertung bestimmt,
beide Parameter sind wiederum vom Körpergewicht des Fisches abhängig. Die Sterblichkeit ist ebenfalls
vom Körpergewicht abhängig und wird benötigt, um die Anzahl der Fische, die pro Zyklus eingesetzt werden
sollen, zu errechnen. Schließlich bestimmt die Wahl der Fischart auch die notwendigen Kulturbedingungen,
wie z.B. die maximale Besatzdichte und die notwendige Wasserqualität (die Wasserqualität wird in der
Sektion Durchflussrate diskutiert).
In dieser Fallstudie wird ein Besatzgewicht von 70 g und ein Erntegewicht von 845 g gewählt, basierend auf
Erfahrungswerten von ZonAquafarming B.V. bezüglich der Wachstums- und Futteraufnahme von Tilapia,
wie in Abb. 23 aufgeführt. Es sollte beachtet werden, dass der Tilapiastamm von ZonAquafarming B.V. über
mehrere Generationen selektiver Züchtung entwickelt wurde. Die meisten kommerziellen Tilapastämme
wachsen weniger schnell und haben besonders Schwierigkeiten, unter intensiven Zuchtbedingungen
Größen über 600-700 g zu erreichen.
Der Tilapia in dieser Fallstudie erreicht die Marktgröße in 24 Wochen, bei einer kumulativen Überlebensrate
von 99,5%. Weitere Berechnungen sind in Kasten 1 der Sektion Kulturplan aufgeführt.
600
400
200
0
0
3
6
9
12
15
18
21
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
SGR = 46 bw-0.61
0
24
200
400
600
Bodyweight (g)
1.4
1.2
FC = 0.57 bw0.14
1.0
0.8
0.6
Maximum density (kg/m3 )
Feed conversion (-)
Time (weeks)
1.6
0.4
0
200
400
600
800
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
800
Dens = 35 ln(bw) - 80
0
200
400
600
Body weight (g)
800
Body weight (g)
0.20
0.15
0.10
Mort = 1.75 bw-0.8
0.05
Cumulative survival (%)
Mortality (%/week)
0.25
0.00
100
99
98
97
96
0
200
400
600
800
0
3
6
9
12
15
18
21
24
Time (weeks)
Body weight (g)
Abb. 23: Wachstums- und Zuchtcharakteristiken von Tilapia von ZonAquafarming B.V.
79/116
Kulturplan
Nach der Wahl der Fischart und Bestimmung der Wachstumskurve muss der Kulturplan erarbeitet werden.
Dies umfasst das Produktionsziel (hier 100 t/Jahr), die Anzahl der Wachstumsphasen (hier 2, Teilung nach
der Hälfte der Zeit, d. h. nach 12 Wochen), und den Besatz-/Ernteplan (hier alle 3 Wochen). Hinweis: Mit
einer 100 t Anlage ist eine Produktion von 100 t Fisch in Marktgröße gemeint. Da dies auf einem Besatz von
Jungfischen von insgesamt 8,3 t basiert, beträgt die tatsächliche Produktion nur 91,7 t.
Aus dem Kulturplan lässt sich entnehmen, wie viele Batches (Gruppen gleichalter Fische) gleichzeitig in der
Anlage vorhanden sind. Mit dem Gewicht und der Anzahl der verschiedenen Batches lässt sich der
Gesamtfutterbedarf in kg/Tag errechnen.
Im Kulturplan von ZonAquafarming B.V. werden 12 Fischtanks (24 Wochen / 2 Wachstumsphasen)
verwendet. Die Becken werden in Blöcken von je 3 Becken betrieben, die durch verschließbare
Schwimmwege miteinander verbunden sind. Indem der Schwimmweg zu einem benachbarten leeren Tank
geöffnet wird, kann der Fisch eines Tanks auf zwei Becken aufgeteilt werden. Alle 3 Wochen wird eines der
3 Becken (nicht das mittlere der 3 Becken) mit 6 862 Fischen von 70 g besetzt. Nach 12 Wochen, wenn die
Fische ca. 370 g wiegen, werden sie auf die oben beschriebene Weise auf zwei Becken verteilt. Zur selben
Zeit wird das dritte der 3 Becken mit einem neuen Batch von 70 g schwerem Fisch besetzt. Nach 24 Wochen
werden die Fische mit Marktgröße in den ersten 2 Becken geerntet. Die Fische im dritten Becken werden
wieder auf 2 Becken aufgeteilt und das erste Becken mit einem neuen Batch von 70 g schwerem Fisch
besetzt. Dieser Kulturplan wird in gezeigt, zusammen mit dem sich daraus ergebenden Anlagendesign,
Beckenform, Wassermenge im Fischbecken, Wassermenge im gesamten System und dem entsprechenden
Arbeitsaufwand.
Kasten 1. Berechnungen Kulturplan.
Die Anzahl der geernteten Fische ist 100 000 (kg/Jahr)/0,845 (kg/Fisch) = 118 343 Stück/Jahr oder 118 343*(3/52) =
6 828 Stück/ Batch. 3/52 ist die Anzahl der Ernten oder Besatz pro Jahr.
Die Anzahl der eingesetzten Fische ist demnach 118 343/0.995 (kumulativ überlebend) ≈ 118 946 Stück/Jahr oder
118 946*(3/52) = 6 862 Stück/ Batch .
-0.8
Für die erste Woche ist die Sterblichkeit 1,75*70
= 0,058% und die Anzahl pro Becken nach 1 Woche ist dann
6 862*(1-0.00058)=6 858.
Das notwendige Beckenvolumen wird nach dem maximal notwendigen Beckenvolumen am Ende von Phase 1 und 2
3
berechnet. Hier ist das notwendige Volumen nach 12 Wochen 2 516 (kg/Becken) / (35*ln(368)-80) = 19,8m .
3
Aufgrund von Planungsüberlegungen ist das tatsächliche Beckenvolumen 20,5m und der Beckeninhalt der
3
gesamten Anlage beträgt 246 m .
Nach 1 Woche beträgt die Biomasse pro Becken 6,858*0,087 (kg/Fisch) = 597kg. Die Besatzdichte ist 597/20,5 =
3
29kg/m .
-0.61
Das Wachstum der Fische ist nach 1 Woche 87 * (46*87
)/100 = 2,6g/Fisch/d. Die Gesamtproduktion für dieses
Becken ist 0,026*6.858 = 18kg/d.
0.14
Bei einer Futterverwertung von 0,57*87
= 1.07 ist der Gesamtfutterbedarf in diesem Becken 18*1,07 = 19kg/d.
Nach Inbetriebnahme der Anlage steigt die Biomasse des vorhandenen Fischs aufgrund des Wachstums
und des Besetzens von neuen Becken fortschreitend an. Gleichzeitig steigt die tägliche Futtermenge, d.h.
die verfütterte Menge in kg/d (Tabelle 46). Die maximale Futtermenge ist dann erreicht, wenn der erste
Batch nach 24 Wochen Schlachtreife erlangt. Danach folgt die tägliche Futtermenge einem so genannten
Sägezahnmuster (Abb. 24). Die Planung der Anlage basiert auf der maximalen Futtermenge, in dieser
Fallstudie 349 kg/d.
Feed load (kg/d)
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0
10
20
30
40
50
Weeks from startup
Abb. 24: Die maximale Futtermenge ist dann erreicht, wenn der erste Batch Marktgröße erlangt, nach 24 Wochen. In
diesem Moment (siehe Tabelle 45) sind in der Farm 8 Batches vorhanden. Wenn der erste Batch geerntet und durch
einen neuen Batch kleiner Fische ersetzt wird, wird der Futterbedarf zunächst vermindert und steigt dann wieder mit dem
Wachstum des Fischbestands an. Dieser Prozess wird fortgesetzt und der Futterbedarf folgt einem Sägezahnmuster.
80/116
Fischbecken
Anzahl der Becken (Blöcke von 3 Becken)
Notwendiges Tankvolumen
Notwendiges Volumen pro Tank
12
238
19.8
#
m3
m3
Tiefe des Beckens gesamt
Stärke der Tankwand
Wassertiefe im Tank
1.6
0.2
1.3
m
m
m
Notwendige Oberfläche pro Tank
Verhältnis Länge : Breite
Geplante Länge, abgerundet auf 0,1m
Geplante Breite, abgerundet auf 0,1m
Tankwasseroberfläche
Gesamttankfläche inkl. Wände
15
4
7.90
2.00
190
239
m2
SYSTEMABMESSUNGEN UND WACHSTUMSLEISTUNG TILAPIA
20.5
Inhalt:
m3/tank
Becken:
Zeit
Gewicht
Dichte
Bestand
Besatz
Gramm/
Wochen
Fisch
kg/m3
kg/Tank
#/Tank
1
87
29
597
6858
2
106
35
727
6855
3
126
42
863
6852
4
147
49
1007
6849
5
169
56
1157
6847
6
193
64
1321
6845
7
218
73
1492
6843
8
245
82
1677
6842
9
273
91
1868
6840
10
303
101
2073
6839
11
335
112
2291
6838
12
368
122
2516
6836
13
403
67
1377
3418
14
439
73
1500
3417
15
476
79
1626
3417
16
514
85
1756
3417
17
553
92
1889
3416
18
592
98
2022
3416
19
633
105
2162
3415
20
674
112
2302
3415
21
716
119
2445
3415
22
759
126
2591
3414
23
802
133
2738
3414
24
845
140
2884
3414
m
m
m2
m2
12
Wachstum
Gramm/
Fisch
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
3.9
4.1
4.3
4.4
4.6
4.8
4.9
5.1
5.2
5.4
5.5
5.7
5.8
6.0
6.1
6.2
6.4
Anzahl der geernteten Fische
6,828
#/Batch
118,343
#/Jahr
Anzahl der eingesetzten Fische
6,862
#/Batch
118,946
#/Jahr
Allgemein
Besatz
Ernte
3
3
6
h/Tag
h/Batch
h/Batch
Gesamt
1251
h/Jahr
m3
Wassermenge im System
Arbeit
Wassermenge im Tank
#
Produktion
kg/t/Tag
18
19
21
22
23
25
26
27
28
29
30
31
16
17
17
18
18
19
19
20
20
21
21
22
246
Futter
FC
1.07
1.10
1.12
1.15
1.17
1.19
1.21
1.23
1.25
1.27
1.29
1.30
1.32
1.34
1.35
1.37
1.38
1.39
1.41
1.42
1.43
1.44
1.45
1.46
kg /Tag
19
21
24
25
27
30
31
33
35
37
39
40
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
31
32
384
BLÖCKE VON 3 BECKEN
VERTEILUNG DES FISCHS AUF 2 BECKEN
Tank 1
Tank 2
Tank 3
#/Tank
6858
6855
6852
6849
6847
6845
6843
6842
6840
6839
6838
6836
3418
3417
3417
3417
3416
3416
3415
3415
3415
3414
3414
3414
#/Tank
3418
3417
3417
3417
3416
3416
3415
3415
3415
3414
3414
3414
3418
3417
3417
3417
3416
3416
3415
3415
3415
3414
3414
3414
Tabelle 45: Planung des ZonAquafarming B.V. Kulturplans für Tilapia. Gesamtarbeit und Systemvolumen sind die Werte von konventionellen Kreislaufanlagen.
81/116
m3
#/Tank
3418
3417
3417
3417
3416
3416
3415
3415
3415
3414
3414
3414
6858
6855
6852
6849
6847
6845
6843
6842
6840
6839
6838
6836
INSG.
MIN.
MAX.
Woche
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
333
318
349
kg
Futter
19
21
24
44
48
53
76
81
88
113
120
129
155
165
175
204
215
228
258
271
285
318
332
349
318
332
349
318
332
349
318
332
349
318
332
349
318
332
349
318
332
349
318
332
349
318
332
349
318
332
349
318
kg/d
kg/d
kg/d
1
19
21
24
25
27
30
31
33
35
37
39
40
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
31
32
19
21
24
25
27
30
31
33
35
37
39
40
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
31
32
19
21
24
25
BESATZ neuer Fisch 1 Tank alle 3 Wochen
ERNTE Marktgrößenfisch 2 Becken pro 3 Wochen
2
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
31
32
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
31
32
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
31
32
21
23
23
25
3
4
19
21
24
25
27
30
31
33
35
37
39
40
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
31
32
19
21
24
25
27
30
31
33
35
37
39
40
21
23
23
25
19
21
24
25
27
30
31
33
35
37
39
40
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
31
32
19
21
24
25
27
30
31
33
35
37
39
40
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
31
32
19
5
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
31
32
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
31
32
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
31
32
21
6
7
19
21
24
25
27
30
31
33
35
37
39
40
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
31
32
19
21
24
25
27
30
31
33
35
37
39
40
21
19
21
24
25
27
30
31
33
35
37
39
40
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
31
32
19
21
24
25
27
30
31
33
35
37
39
40
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
8
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
31
32
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
31
32
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
9
10
11
12
19
21
24
25
27
30
31
33
35
37
39
40
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
31
32
19
21
24
25
27
30
31
33
35
37
19
21
24
25
27
30
31
33
35
37
39
40
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
31
32
19
21
24
25
27
30
31
33
35
37
39
40
21
23
23
25
25
26
27
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
31
32
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
31
32
21
23
23
25
25
26
27
19
21
24
25
27
30
31
33
35
37
39
40
21
23
23
25
25
26
27
28
29
30
31
32
19
21
24
25
27
30
31
Tabelle 46: Entwicklung des Futterbedarfs von Beginn an. Maximaler Futterbedarf nach 24 Wochen (rot
umrandet).
82/116
Produktion von Reststoffen
Die Produktion von Fisch verursacht unausweichlich die
Produktion von Reststoffen. Beispiele dafür sind die
Futter
Produktion von Fischkot, Ausscheidung von Ammonium (NH3)
und Kohlendioxyd (CO2), sowie Verbrauch von Sauerstoff (O2).
Diese Stoffe werden in das Wasser ausgeschieden, in dem
der Fisch lebt. Dadurch verschlechtert sich konstant die
Fischkot
Wasserqualität. Deshalb ist ein konstanter Wasserfluss
notwendig, der diese Stoffe aus dem Wasser entfernt. Um die
notwendigen Durchflussraten berechnen zu können (siehe
Sektion Durchflussrate), muss die Menge der pro Zeiteinheit
Ausscheidung
produzierten Reststoffe bekannt sein.
In dieser Fallstudie wird dies für Stickstoff (N), Phosphor (P)
Atmung
und den Bedarf an chemischem Sauerstoff (CSB) mit Hilfe des
so genannten Nährstoffbudgetmodells berechnet (Abb. 25).
CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf) ist die Menge an
Sauerstoff, die zur Oxydation von 1 kg organischem Material
benötigt wird. Sie kann als gemeinsamer Nenner zur
Charakterisierung des organischen Anteils im Fisch, Futter,
Reststoffen und bakteriellen Masse dienen. Der organische
Wachstum
Anteil besteht aus Protein, Fett und Kohlenhydraten. Das
Protein wird nicht vollständig oxydiert, der organische
Abb.
25:
Nährstoffbudgetmodell
zur
Berechnung der Abfallproduktion (N, P und
Stickstoff wird nicht oxydiert. Der CSB lässt sich aus der
CSB), die aus dem verabreichten Futter
Zusammensetzung des organischen Materials berechnen als
stammt.
die Summe von 1.38 * Protein, 2.78 * Fett und 1.21 *
Kohlenhydraten.
Hinweis: Organischer Stickstoff kann ebenfalls oxydiert werden, als NH4-N, in NO3-N. Dazu sind theoretisch
4,57 g O2 /g N notwendig. Dies, plus der Menge an CSB ergibt den Gesamtsauerstoffbedarf. Im Prozess der
Futterverwertung und des Wachstums oxydiert der Fisch selbst einen Teil der organischen Futteranteile. Der
Sauerstoffverbrauch des Fischs (Atmung) lässt sich daher direkt in CSB (1) ausdrücken.
Fischgewicht
Protein
Fett
Asche
P
E
CSB
DigN
DigP
DigCSB
Besatz
Ernte
%
%
%
%
kJ/g
g/kg
%
%
%
70
845
38
11
11.1
1.2
18.4
1 192
0.90
0.60
0.85
Tabelle 47: Futterzusammensetzung und Verdaulichkeit von N, P und CSB.
Um die Menge an produzierten Reststoffen pro 1 kg verfüttertem Futter zu errechnen, muss die
Zusammensetzung und die Verdaulichkeit des Futters bekannt sein (Tabelle 47) sowie die chemische
Zusammensetzung des Fischs (Abb. 26). Die Ausscheidung von N und P kann als die Differenz zwischen
verdaulicher Aufnahme (Futter minus Kot) und Wachstum berechnet werden. Die Sauerstoffaufnahme des
Fischs lässt sich folgendermaßen berechnen:
CSBAtmung = (MEm + [1-kg] * ED) / OCE
(1)
wobei:
MEm
ED
kg
OCE
=
=
=
=
0.8
Energiebedarf zur Erhaltung, für Tilapia 65 kJ/kg /d
Energiedeposition (Energieanstieg, kJ/Fisch/d)
marginale Effizienz der Energiedeposition, für Tilapia 0,7
oxykalorisches Äquivalent 14,2 kJ/g O2
Basierend auf diesen Schritten wird die Produktion von Reststoffen bei maximalem Futterbedarf in der 100 t
Tilapiaanlage der vorliegenden Fallstudie in Tabelle 48 dargestellt. Obwohl keine direkte Ausscheidung von
CSB durch den Fisch vorliegt, fehlt eine kleine Menge an CSB vom Budget (CSBrest). Diese Menge, die
möglicherweise aus nicht verzehrtem Futter und Kot stammt, wird als ‘CSBAusscheidung’ behandelt.
83/116
protein = 13.5 bw
0.03
600
16
COD = 275 bw
14
12
0.1
500
fat = 3.1 bw
0.19
400
10
COD (g/kg)
protein, fat, ash (%) energy (kJ/g)
18
300
8
energy = 4.5 bw
6
0.09
200
4
ash = 4.2 bw
2
-0.006
0
100
0
0
200
400
600
800
Body weight (g)
Abb. 26: Chemische Zusammensetzung von Tilapia von ZonAquaculture B.V. in Abhängigkeit vom Körpergewicht.
Kasten 2. Berechnung der Abfallproduktion bei maximaler Fütterung.
0.03
Die chemische Zusammensetzung des Fischs des Batch 8 ist: NFisch = 0,16 * 13,5 * 126
* 10 = 25,0 g N/kg, PFisch
-0.006
0.1
0.09
= 0,17 * 4,2 * 126
* 10 = 6,9 g P/kg, CSBFisch = 275 * 126
= 446 g CSB/kg und EFisch = 4,5 * 126
= 7,0
MJ/kg.
Hinweis: Fischprotein enthält 16% N und Fischasche enthält 17% P.
Zusammensetzung und Verdaulichkeit des Futters können aus Tabelle 46 entnommen werden. Futterprotein enthält
auch 16% N.
Die Mengen von gefüttertem N, P und CSB lassen sich berechnen, z.B. N-gef. = 24 (kg gef.) * 0,0608 (kgN/kg Futter)
≈ 1,43 kg N/d.
Die Mengen von N, P und CSB im Fischkot lassen sich aus der Verdaulichkeit berechnen, z.B. als N-Kot = (1 – 0,9) *
1,43 = 0,14 kgN/d.
Die Mengen von 'zugewachsenem' N, P und CSB lassen sich berechnen, z.B. als NWachstum = 21 (kg Wachstum) *
0,025 (kg N-Fisch/kg) ≈ 0,52 kg N/d.
Für N und P kann die Ausscheidung berechnet werden, z.B. als N-verfütt. – N-Wachstum – N-Faeces = 1,43 – 0,52
– 0,14 = 0,76 kg N/d.
Zur Berechnung der CSB, veratmet durch den Fisch, muss zunächst die Energiedeposition berechnet werden:
0.8
ED = 21 (kg Wachstum)* 7.0 (MJ/kg) = 147 MJ/d. Das CSBveratmetFisch ist dann [(65/1000 * 0,126 * 6,852) + (1 –
0.7) * 147 ]/14.2 ≈ 9,6 kg CSB/d.
Der CSB-Rest ist dann CSB-gef. – CSB-Wachstum – CSB-Kot – CSB-Fischatmung = 28,1 – 9,4 – 4,2 – 9,6 = 4,9 kg
CSB/d.
84/116
Becken
Batch
1
1a
2
1b
3
5
4
2a
5
2b
6
6
7
3a
8
3b
9
7
10
4a
11
4b
12
8
Wochen
24
24
12
21
21
9
18
18
6
15
15
3
Körpergewicht
Anzahl
Futter
FC
Wachstum
845
3414
32
1.46
22
845
3414
32
1.46
22
368
6836
40
1.30
31
716
3415
29
1.43
20
716
3415
29
1.43
20
273
6840
35
1.25
28
592
3416
26
1.39
19
592
3416
26
1.39
19
193
6845
30
1.19
25
476
3417
23
1.35
17
476
3417
23
1.35
17
126
6852
24
1.12
21
NFisch
PFisch
CSBFisch
EFisch
26.4
6.9
540
8.3
26.4
6.9
540
8.3
25.8
6.9
496
7.7
26.3
6.9
531
8.1
26.3
6.9
531
8.1
25.6
6.9
482
7.5
26.2
6.9
521
8.0
26.2
6.9
521
8.0
25.3
6.9
465
7.2
26.0
6.9
509
7.8
26.0
6.9
509
7.8
25.0
6.9
446
7.0
NFutter
PFutter
CSBFutter
60.8
12.0
1192
60.8
12.0
1192
60.8
12.0
1192
60.8
12.0
1192
60.8
12.0
1192
60.8
12.0
1192
60.8
12.0
1192
60.8
12.0
1192
60.8
12.0
1192
60.8
12.0
1192
60.8
12.0
1192
60.8
12.0
1192
VerdauungN
VerdauungP
VerdauungCSB
0.90
0.60
0.85
0.90
0.60
0.85
0.90
0.60
0.85
0.90
0.60
0.85
0.90
0.60
0.85
0.90
0.60
0.85
0.90
0.60
0.85
0.90
0.60
0.85
0.90
0.60
0.85
0.90
0.60
0.85
0.90
0.60
0.85
0.90
0.60
0.85
Ngefüttert
NWachstum
NKot
NAusscheidung
1.96
0.58
0.20
1.18
1.96
0.58
0.20
1.18
2.46
0.80
0.25
1.41
1.74
0.53
0.17
1.04
1.74
0.53
0.17
1.04
2.13
0.72
0.21
1.20
1.61
0.50
0.16
0.95
1.61
0.50
0.16
0.95
1.81
0.63
0.18
1.00
1.40
0.44
0.14
0.82
1.40
0.44
0.14
0.82
Pgefüttert
PWachstum
PKot
PAusscheidung
0.39
0.15
0.15
0.08
0.39
0.15
0.15
0.08
0.48
0.21
0.19
0.08
0.34
0.14
0.14
0.07
0.34
0.14
0.14
0.07
0.42
0.19
0.17
0.06
0.32
0.13
0.13
0.06
0.32
0.13
0.13
0.06
0.36
0.17
0.14
0.04
0.28
0.12
0.11
0.05
CSBgefüttert
CSBWachstum
CSBKot
CSBFischatmung
CSBRest
38.4
11.9
5.8
18.1
38.4
11.9
5.8
18.1
48.2
15.4
7.2
19.9
34.1
10.6
5.1
16.0
34.1
10.6
5.1
16.0
41.7
13.5
6.3
16.2
31.6
9.9
4.7
14.0
31.6
9.9
4.7
14.0
35.5
11.6
5.3
12.9
27.4
8.7
4.1
11.9
Tabelle 48: Produktion von Reststoffen bei maximaler Fütterung
85/116
Gesamt
24.5
Max. Bestand
(MT)
349
1.34
261
kg/d
kg/d
1.43
0.52
0.14
0.76
21.2
6.8
2.1
12.3
kg/d
kg/d
kg/d
kg/d
32
6
35
% der Aufnahme
g/kg Futter
g/kg Futter
0.28
0.12
0.11
0.05
0.28
0.15
0.11
0.02
4.2
1.8
1.7
0.7
kg/d
kg/d
kg/d
kg/d
43
5
2
% der Aufnahme
g/kg Futter
g/kg Futter
27.4
8.7
4.1
11.9
28.1
9.4
4.2
9.6
416
132
62
179
43
kg/d
kg/d
kg/d
kg/d
kg/d
32
179
512
124
% der Aufnahme
g/kg Futter
g/kg Futter
g/kg Futter
Durchflussrate
Zur Entfernung der Reststoffe und Stabilisierung der Sauerstoffkonzentration ist ein konstanter Durchfluss
durch die Fischbecken notwendig, damit die Wasserqualität innerhalb akzeptabler Grenzen für den Fisch
bleibt. Die Zufuhr von Reststoffen zu den Wasserraufbereitungseinheiten wird ebenfalls mit diesem
Wasserstrom bewerkstelligt. Die allgemeine Formel zur Berechnung der notwendigen Durchflussrate ist
folgende:
Durchfluss
= abs [ k * P / ∆C]
Durchfluss
k
P
∆C
= Durchfluss durch die entsprechende Abteilung (m /Zeit)
= Faktor zur Korrektur für die Tagesabweichung der Reststoffproduktion (k ≥ 1)
= Produktion (oder Verbrauch von O2) von Reststoffen (g/Zeit)
= Differenz zwischen Climit (die begrenzende (=Austrags-) Konzentration der betreffenden
Reststoffsubstanz) und Cin (die Einleitungskonzentration dieser Reststoffsubstanz), beide in
3
g/m
= absolut
abs
(2)
3
Da einige Faktoren negativ sind und auch die Vorzeichen der Konzentrationsdifferenzen für die Fischbecken
und die Aufbereitungseinheiten verschiedene sind, ist hier der absolute Wert zu berücksichtigen. Diese
Formel funktioniert nur für mehr oder weniger ideal gemischte Substanzen und kann daher nicht auf
Schwebstoffe angewendet werden, die in einer Reihe von Partikelgrößen auftreten können, von ganzen
Futter- und Kotpellets in der Größe von einigen mm bis zu Partikeln im µm–Bereich. Einige Abweichungen
können auch unter extremen Strömungsbedingungen (plug flow conditions) auftreten, zum Beispiel in langen
rechteckigen Becken mit einer großen hydraulischen Verweildauer. In Tabelle 49 werden Grenzwerte für die
Wasserqualität und k-Werte für Tilapia gegeben, zusammen mit der getroffenen Auswahl der vorliegenden
Fallstudie und einigen Wasserqualitätsparameter für die Wasseraufbereitung im Bereich der Nitrifizierung
und Denitrifikation (siehe auch Abschnitt Aufbereitungssysteme).
Wasserqualitätsparameter
Temperatur
pH
24-28
27
27
27
(-)
5.5-7.5
7
7
7
0.01-0.1
0.01
(g/m )
(g/m )
3
1-2
1.4
3
0.05-1
1
3
100-200
165
1-2
1
3
4-6
4.5
1-1.2
1.2
15-20
15
1-1.2
1.2
100-300
200
1-2
1
(g/m )
NO3-N
(g/m )
O2
(g/m )
CO2
(g/m )
Schwebstoffe
1.5
Auswahl
Denitrifikation
(°C)
3
Bereich
Nitrifizierung
Auswahl
TAN
CSB gelöst
k - Wert
Bereich
NH3-N
NO2-N
Fisch
3
3
(g/m )
3
(g/m )
10
4.5
25
Tabelle 49: Wasserqualitätsgrenzen und k-Werte zur Korrektur der Tagesabweichungen bei der Abfallproduktion
Wie im Abschnitt Produktion von Reststoffen gezeigt, werden diese (P) am besten pro kg Futtereinheit
ausgedrückt wird. Daraus folgt, dass die Durchflussrate gleichfalls pro kg Futter ausgedrückt wird. Die
Durchflüsse der verschiedenen Abteilungen eines Rezirkulationssystems in Abhängigkeit von deren
Konfiguration (Durchfluss-, Wiederverwertungs-, Kreislaufanlage) werden in Tabelle 50 dargestellt. Dabei
wird deutlich, dass ein reines Durchflusssystem große Mengen Wasser benötigt, da der Wasseraustausch
des gesamten Systems gleich dem Wasseraustausch der Fischbecken ist. Durch Wasseraufbereitungssysteme kann der Wasseraustausch des gesamten Systems reduziert werden, dabei werden allerdings
zusätzliche Durchflüsse durch diese Aufbereitungssysteme notwendig. Einige Wasseraufbereitungstechniken, die im Zulauf der Fischbecken angewendet werden (Sauerstoffzufuhr) oder im Fischbecken selbst
(Belüftung), bedürfen keiner zusätzlichen Durchflüsse. Sauerstoffzufuhr und Belüftung reduzieren den
notwendigen Durchfluss durch die Fischbecken und daher auch den Wasseraustausch des gesamten
86/116
Systems. Systeme mit einem verminderten Wasseraustausch bis zu 15% eines Durchflusssystems werden
‚reuse systems’ (Wiederverwendungssysteme) genannt, bei weiterer Reduzierung des Wasseraustausches
spricht man von Kreislaufanlagen. Es konnte gezeigt werden, dass, wenn eine konventionelle
Kreislaufanlage den notwendigen Wasseraustausch auf 1% eines Durchflusssystems reduziert, die
Integration eines SDR-AS eine weitere Reduzierung auf 0,15% bewirken kann.
Durchflusssystem
Wiederverwendungssystem
Konventionelle
Kreislaufanlage
SDR-AS
Kreislaufanlage
Austausch im Fischtank
TAN
O2
CO2
Schwebstoffe
32
204
94
?
32
59
37
?
61
59
70
?
74
59
74
?
Auswahl (Maximum der Obigen)
204
59
70
74
Austausch im gesamten System
NO3-N
204
59
0.187
0.029
Entfernung von Schwebstoffen
aus dem Fluss
n/a
n/a
70
74
Nitrifizierung
n/a
n/a
70
74
Denitrifikation
NO3-N
n/a
n/a
n/a
0.210
n/a = nicht anwendbar
3
Tabelle 50: Wasserströme durch die Systemabteilungen in m /kg Futter
Kasten 3. Berechnung der Durchflussraten einer Kreislaufanlage mit einem SDR-AS.
Für Gesamtammoniak: (TAN – Total Ammonia Nitrogen) in Durchfluss- und ’reuse’-Systemen gilt ∆C = Climit
(Annahme: kein TAN in der Einleitung). Daher ist der Durchfluss = abs[1,5 * 35 / 1,5] =
3
35 m /kg Futter. In einer Kreislaufanlage ist der Durchfluss durch die Fischbecken für TAN der gleiche wie der
3
notwendige Durchfluss durch den Biofilter (Kasten 7), 61 m /kg Futter für konventionelle Kreislaufanlagen und 75
3
m /kg Futter für Kreislaufanlagen mit einem SDR-AS.
3
Für O2: P = -512 gO2/kg Futter und ∆C = -10,5 g/m (Kasten 4), also ist der Durchfluss = abs[1,2 * -512 /-10,5] ≈ 59
3
m /kg Futter.
3
Für CO2: P = 633 gCO2/kg Futter (RQFisch = 0,9) und ∆C = 10,3 g/m (Kasten 5), also ist der Durchfluss = abs[1,2 *
3
633 / 10,3] = 74 m /kg Futter.
Austausch des gesamten Systems
Für NO3-N: P verbleiben nach spontaner Denitrifikation und durch einen SDR-AS = 4,8 gN/kg Futter (= 1,7kg N/349
3
3
kg Futter) und ∆C = 165 – 0 = 165 g/m , also ist der Durchfluss = abs[1 * 4,8 / 165] = 0,029 m /kg Futter.
Durchfluss der Denitrifikation
Für NO3-N: P verbleibend nach spontaner Denitrifikation = (15,800/349) * 0,85 = 38,5gN/kg Futter (Kasten 10) wovon
3
85% denitrifiziert werden und ∆C = 10 – 165 = -155 g/m , also ist der Durchfluss = abs [1 * (38,5 * 0,85) /-155] ≈
3
0,210 m /kg Futter.
Wasseraufbereitungssysteme
Im Abschnitt Durchflussrate wurde gezeigt, dass durch Aufbereitungssysteme der Wasseraustausch des
gesamten Systems vermindert werden kann. Die Wahl der Wasseraufbereitungstechnik ist abhängig von der
Reststoffkomponente, die sich als erstes limitierend auf die Wasserqualität auswirkt. Zum Beispiel lässt sich
87/116
aus Tabelle 50 ersehen, dass eine zusätzliche Sauerstoffzufuhr in einem Durchflusssystem den
3
notwendigen Wasseraustausch von 203 auf 94 m /kg Futter reduzieren kann, d. h. der erste limitierende
Faktor ist Sauerstoff (-mangel). Anschließend folgt CO2, und so weiter. In diesem Abschnitt werden die
Aufbereitungssysteme in der Reihenfolge der limitierenden (Rest-) Stoffe diskutiert. Für die meisten Aufbereitungssysteme werden nur die Grundlagen dargestellt. Die Denitrifikation, besonders mit Verwendung
eines SDR-AS, wird genauer diskutiert. Zwei Aufbereitungssysteme, die den Wasseraustausch des
gesamten Systems nicht direkt vermindern, sondern die Nachhaltigkeit des Zuchtsystems verbessern, d. h.
Wärmeaustausch der Belüftung und Schlammaufbereitung, werden gleichfalls kurz erwähnt.
Sauerstoffzufuhr
Der Sauerstoff kann durch Belüftung in das Wasser eingebracht werden, indem das Wasser in Kontakt mit
der Luft gebracht wird, sowie durch direkte Sauerstoffzufuhr, indem das Wasser in Kontakt mit
sauerstoffangereichertem Gas (technischem Sauerstoff) gebracht wird. Durch den Gebrauch von
technischem Sauerstoff kann das Wasser mit Sauerstoff übersättigt werden. Dies bedeutet nicht, dass das
Wasser in den Fischbecken übersättigt ist. In vollständig durchmischten Systemen ist die Sauerstoffkonzentration in den Becken gleich der Sauerstoffkonzentration im Auslauf der Becken (siehe Abschnitt
Durchflussrate). In der vorliegenden Fallstudie wird das Wasser bei Eintritt in die Fischbecken durch
Nieder-Druck-Sauerstoffeinheiten mit einem Gas-Flüssigkeitsgemisch im Verhältnis (G/L Verhältnis) 0,05 mit
technischem Sauerstoff angereichert.
Kontrollparameter
Kontaktoberfläche, Kontaktzeit, Gas-Flüssigkeits-Verhältnis.
Kasten 4. Sauerstoffzufuhr
Durch die Sauerstoffeinheiten wird eine O2-Konzentration im Zulauf der Fischbecken von 200% Sättigung
3
3
= 15 g/m erreicht. Bei einer minimalen O2 Konzentration (=Auslaufkonzentration) von 4,5 g/m , ∆C = 3
10,5 g/m .
Hinweis: Von der praktischen Verwendung von technischem Sauerstoff wird angenommen, dass
sämtlicher O2 Bedarf, des Fischs und der Bakterien durch die Sauerstoffanreicherung abgedeckt wird und
dass der technische Sauerstoff mit einer Effizienz von 80% eingesetzt wird (d. h. Sauerstoffverbrauch =
1,25 * O2 Bedarf).
Entgasung von Kohlendioxyd
Das Kohlendioxyd wird durch Entgasen des Wassers, dem so genannten ‚Stripping’, bewerkstelligt. Das
Stripping kann entweder durch Belüftung des Wassers oder durch Pumpen über einen Festbett-Tropfkörper
vonstatten gehen. In der vorliegenden Fallstudie wird eine Blasenbelüftung verwendet, sowohl in den
Fischtanks als auch im Bewegtbettbiofilter.
Kontrollparameter
Kontaktoberfläche, Kontaktzeit, Gas-Flüssigkeits-Verhältnis.
Kasten 5. CO2 Stripping
Die Belüftung der Fischbecken erhöht das effektive ∆C = Climit – Cin für CO2 , oder da Climit fest ist (15
3
g/m ), wird das effektive Cin abgesenkt. Mit einer Strippingeffizienz SE ist das effektive ∆C = ∆C / (1 –
SE). In einer Kreislaufanlage kennen wir das tatsächliche Cin nicht. Auf der Basis der CO2-Produktion des
3
Fischs (Kasten 3) und der Erfahrung, dass ein Durchfluss von 70 m /kg Futter in konventionellen
Kreislaufanlagen ausreichend ist, können wir eine Strippingeffizienz von 0,4 und ein effektives Cin = 4.2
3
3
g/m (∆C = 10.8 g/m ) berechnen. In einer Kreislaufanlage mit SDR-AS wird mehr CO2 in den Biofiltern
3
3
produziert und das effektive Cin der Fischtanks ist Cin = 4.7 g/m (∆C = 10.3 g/m ).
Entfernung von Feststoffen
Die Entfernung von Feststoffen aus dem Kulturwasser wird durch Gravimetrische Methoden bewerkstelligt
(Sedimentation, Flotation, Hydrocyclon) oder durch Ausfiltern (Filterbett, Mikrosiebfilter). Für alle Arten der
Entfernung von Feststoffen bestimmt die Verteilung der Partikelgrößen deren Konstruktion; für die
Filtermethoden direkt über die Partikelgröße und für die Gravitationsmethoden indirekt durch die
Gewichtsverteilung der Partikel. In der vorliegenden Fallstudie wird als Filtermethode ein Mikrosiebtrommelfilter mit 80 µm Maschenweite verwendet.
88/116
Kontrollparameter
Partikelgrößenverteilung.
Kasten 6. Filtertrommel
Der spezifische Typ des Trommelfilters kann auf der Basis einer Matrix aus Strömung (L/s), Temperatur (°C), zu
3
erwartender
Schwebstofffracht
(g/m )
und
Maschengröße
(µm)
gewählt
werden.
(http://www.hydrotech.se/en/solutions/drumfilters),
Nitrifikation
Im Allgemeinen wird TAN (total ammonium nitrogen) durch Nitrifikation aus dem Kulturwasser entfernt. Die
Nitrifikation ist die biologische Oxydation von Ammonium (NH3) zu Nitrat (NO3). Diese Reaktion geschieht in
zwei Schritten durch verschiedene Bakteriengruppen mit Nitrit (NO2) als Zwischenprodukt im sog. Biofilter.
Die Gesamtgleichung ist:
1g NH3-N + 4,25g O2 + 5,88g NaHCO3 0,26g CSB + 0,98g NO3-N + 2,72g CO2
(3)
Aus dieser Reaktion lässt sich ersehen, dass der Prozess Sauerstoff und Alkalinität verbraucht und
abgesehen von NO3 auch Bakterienbiomasse und CO2 produziert. Für jedes g TAN werden 4,25 g O2 und
ca. 1 Äquivalent Alkalinität verbraucht und es werden ca. 0,26 g CSB produziert. In Aquakultursystemen
werden die nitrifizierenden Bakterien im Allgemeinen auf Plastikmedien als so genannter Biofilm angesiedelt.
2
Die Nitrifikationsrate wird deshalb pro Oberfläche des Plastikmediums in g/m /d ausgedrückt. Da für diese
Reaktion TAN und O2, in den Biofilm diffundieren müssen, ist die Reaktionsrate abhängig von der
Konzentration des limitierenden Substrats. Aufgrund der Diffusionskinetik ist dies eine Reaktion zweiter
Ordnung und kann mit einer Funktion a ½ ausgedrückt werden; die Rate hängt von der Potenz ½ der
Konzentration ab, (oder der √[Konzentration]).
2
Nitrifikationsrate r (g/m /d) = a * √[TAN] + b
(4)
Nitrification rate r (g/m2 /d)
Die Werte für a und b hängen vom
Typ des verwendeten Biofilters ab.
0.9
Für den Bewegtbettbiofilter, der in
0.8
der vorliegenden Fallstudie verO2 = 7.5 mg/L
wendet wird, ist a = 0,65 und b =
0.7
-0,1. Das Verhältnis der KonzenO2 = 5 mg/L
0.6
trationen von O2 und TAN, bei dem
0.5
das eine oder das andere das
O2 = 3 mg/L
limitierende Substrat ist, beträgt
0.4
3,6. Diese Relationen werden in
0.3
Actual O2
Abb. 27 dargestellt, wo auch
0.2
ersichtlich ist, dass bei niedrigen
Average
TAN-Konzentrationen die Reak0.1
nitrification
tionsrate
von
dieser
TANrate
0.0
Konzentration abhängt, jedoch
0
1
2
3
4
nicht bei höheren Konzentrationen.
Die TAN-Konzentration, bei der die
TAN (mg/L)
Umwandlung stattfindet, sowie die
maximale Nitrifikationsrate, sind Abb. 27: Nitrifizierungsrate (g TAN/m2/d), beeinflusst durch die
abhängig von der O2-Konzentration. Konzentrationen von TAN und O2. Die durchschnittliche Nitrifizierungsrate in
Hinweis: Wenn Climit für TAN nahe der 100 MT Tilapiafarm in dieser Fallstudie wird gleichfalls gezeigt.
[O2]/3,6 ist, ist während eines Teils
des Tages die durchschnittliche TAN-Konzentration niedriger als [O2]/3,6 und die durchschnittliche
Nitrifizierungsrate ist ebenfalls niedriger. Dies lässt sich korrigieren, indem [TAN]durchschn. = Climit / k
angenommen wird (für k siehe Gleichung 2 in der Sektion Durchflussrate). Der notwendige Strom durch
den Biofilter ist:
3
Durchfluss (m /Zeit) = P / ∆C
(5)
Die Kontrollparameter für die Auslegung des Biofilters sind daher die durchschnittlichen Konzentrationen von
TAN und O2. Sie bestimmen die tatsächliche Nitrifikationsrate und damit die notwendige Gesamtoberfläche
des Biofiltermaterials und den Durchfluss durch den Biofilter. Mit der spezifischen Oberfläche des
2
3
Trägermaterials (m /m ) kann das notwendige Volumen des Biofilters berechnet werden.
89/116
Kontrollparameter
Die Konzentrationen von TAN und O2 im Biofilter.
Kasten 7. Bewegtbettbiofilter.
3
3
Mit einem Climit für TAN = 1,5 g/m und [O2 ] = 4,5 g/m , ist [O2] / [TAN] nahe 3,6 und daher das durchschnittliche
3
[TAN] im Biofilter [TAN]durchschn. = 1,5 / 1,4 ≈ 1.1 g/m . Die Nitrifikationsrate beträgt r = 0.65 * √[1,1] – 0.1 ≈ 0.58
2
gN/m /d.
2
3
Der Bewegtbettfilter wird mit Bioringen mit einer spezifischen Oberfläche von 800 m /m befüllt, also werden bei der
zu oxydierenden Menge N bei maximaler Futteranreicherung von 12,6 kgN (für konventionelle Kreislaufanlagen
3
siehe Kasten 9), 12,600 / 0,58 / 800 = 28 m Bioringe benötigt. Der Bewegtbettfilter wird mit Befüllungsfaktor 0,4
3
befüllt, also ist das Gesamtvolumen 27 / 0,4 = 71 m . Es wird weiterhin angenommen, dass 95% des
3
Gesamtvolumens Wasser ist, also ist das Wasservolumen im Biofilter 0,95 * 75 = 67 m .
3
Der notwendige Durchfluss durch den Bewegtbettfilter ist Durchfluss = 12,600 / 0,59 ≈ 21,360 m /d oder 21,360 /
3
349 = 61 m /kg Futter. Hinweis: ∆C und der Durchfluss wurden simultan durch Iteration bestimmt.
3
Für Kreislaufanlagen mit SDR-AS muss mehr N oxydiert werden (15,8 kgN/d, Kasten 10) und daher werden 34 m
3
3
Bioringe benötigt (85 m Gesamtvolumen, 81 m Wasservolumen) und der notwendige Fluss durch den
3
Bewegtbettfilter ist 74 m /kg Futter.
Denitrifikation
Die Kontrolle der Nitratkonzentration (NO3) im Kulturwasser kann durch Denitrifikation erfolgen. Die
Denitrifikation ist die biologische Reduktion von NO3 zu N2-Gas durch Bakterien. Denitrifikanten sind
fakultativ aerobe heterotrophe Bakterien. Die Denitrifikationsreaktion erfolgt in einer Reihe von Schritten, mit
NO2, NO und N2O als Zwischenprodukten. Die Gleichung für die Gesamtreaktion ist:
1g NO3-N + 4,4g CSB 1,54g CSB + 1g N2 + 0,085g NH4-N + 5,49g NaHCO3 + 0,88g CO2
(6)
Aus der Reaktiongleichung ist ersichtlich, dass der
Prozess CSB (organische Substanz) benötigt und neben
stirrer
Rührer
N2 Alkalinität und Bakterienbiomasse produziert. Jedes g
NO3-N kann 2,86 g CSB 'oxydieren', während 0,91
Äquivalent Alkalinität und 1,54 g CSB produziert werden
(0,35 g CSB/g CSB). Der Gesamtbedarf an CSB ist
daher 2,86 / (1 – 0,35) = 4,4 g CSB / g N. Wenn
allerdings weniger CSB zur Verfügung steht, ist die
water out
Reaktionsrate niedriger (Abb. 29). Hinweis: Auch wenn
Ablauf (Wasser)
kein CSB gegeben ist, findet immer noch eine kleine,
endogene NO3-N ('Verhungerungs-') Entfernung statt.
Der von den Denitrifikationsbakterien genutzte CSB
sludge out
kann internen (Faeces und nicht gefressenes Futter)
Ablauf (Schlamm)
oder externen (z.B. Methanol) Ursprungs sein.
Denitrifikationsbakterien lassen sich auf Plastikmedien
als sogenannter Biofilm züchten oder in Lösung als
Bakteriensuspension (Schlamm). In dieser Fallstudie
wird ein aufgerührtes Upflow Sludge Bed – USB
(Schlammbett
mit
aufwärtsgerichteter
Strömung)
Zulauf
water in
benutzt. Der Reaktor wird aufgerührt, um die Freisetzung
des Stickstoffgases aus dem Schlammbett zu
ermöglichen. Als Kohlenstoffquelle wird der Schlamm
aus der Fischzucht genutzt, daher der englische Name
Abb.
28:
Aufwärtsstromschlammbett
–
USB-Manure Denitrifying Reactor – auf deutsch:
Schlammdenitrifizierungsreaktor (SDR-AS).
Schlammdenitrifikationsreaktor (SDR-AS) (Abb. 28).
Die notwendige Schlammmenge für die Denitrifikation wird durch die schlammspezifische NO3-N
3
Abbaukapazität (gN/m /d) bestimmt. Diese spezifische Abbaukapazität ist abhängig vom CSB/NO3-NVerhältnis der eingeleiteten Reststoffe (Abb. 30), von der Menge der vorhandenen Bakterien und der
3
Schlammdichte (gVSS/m ), die wiederum von der aufwärts gerichteten Strömungsgeschwindigkeit (m/h)
abhängt (Abb. 29).
Das Gesamtvolumen des Reaktors wird vom Verhältnis Schlammvolumen/ Gesamtvolumen bestimmt.
Durchmesser und Höhe des Reaktors lassen sich aus dem Gesamtvolumen und der aufwärts gerichteten
Strömungsgeschwindigkeit errechnen.
90/116
Sludge density (g VSS/m3)
Sludge removal rate (gN/kg VSS/d)
50
40
30
20
30
25
20
15
10
y = -22.6 x + 26.8
R² = 0.662
5
10
0
0
0
0
1
2
3
4
5
6
0.2
0.4
0.6
0.8
7
Upflow rate (m/h)
COD / NO 3 -N ratio
Abb. 29: Schlammspezifische Abbaurate wird durch das
Verhältnis CSB/NO3-N der eingeleiteten Reststoffe
bestimmt. Beim CSB in einer intensiven Tilapiafarm ist
die maximale Abbaurate 45 gN/kgVSS. Die endogene
Abbaurate ist 16 gN/kgVSS. Der Einfachheit halber wird
angenommen, dass die Schlammabbaurate bei
Abnahme des Verhältnisses CSB/N linear abnimmt.
Abb.30: Schlammdichte in Abhängigkeit von der aufwärts
gerichteten Strömungsgeschwindigkeit in einem SDR-AS.
Kontrollparameter
CSB/NO3-N-Verhältnis der eingeleiteten Reststoffe ('Abfall'), Aufwärtsstromrate.
Kasten 8. Schlammbett mit aufwärtsgerichteter Strömung - Schlammdenitrifikationsreaktor (SDR-AS).
Das Verhältnis CSB/NO3-N der in den SDR-AS eingebrachten Reststoffe ist 5,1 (Kasten 10), also über 4,4
(Gleichung 6) und demnach ist die Schlammabbaurate höchstens 45 gN/kg VSS/d (Abb. 29).
In der vorliegenden Fallstudie haben wir eine aufwärts gerichtete Strömungsgeschwindigkeit von 0,38 m/h gewählt,
3
so dass die Schlammdichte -22,6 * 0,38 + 26,8 = 18 kg VSS/m ist (Abb. 30) und die schlammspezifische Abbaurate
3
0,045 * 18 ≈ 0,82 kg N/m /d .
3
Nach spontaner Denitrifizierung sind 11,3 kg NO3-N vorhandenen. Für diese Menge N werden 11,3 / 0,82 = 13,9m
3
Schlamm benötigt. Das Gesamtvolumen des SDR-AS ist 2 * 13,9 = 27,7m , was die hydraulische Verweildauer auf
HRT = 27,7 / (349/24 * 0,210) = 9h festlegt. Die Verweildauer des Schlamms lässt sich aus der Menge des
3
3
vorhandenen Schlamms (13,9m * 18kg VSS/m = 250kg) und der Menge des täglich produziertem Schlamms
(14,9/1,42=10,5kg, Kasten 10), als SRT = 250 / 10,5 = 24d errechnen.
Der Durchmesser des SDR-AS lässt sich aus der Querschnittsfläche errechnen, die wiederum aus dem Strom durch
den SDR-AS (Kasten 3) und der aufwärts gerichteten Strömungsgeschwindigkeit errechet wird. Aus
Flexibilitätsgründen wurde der SDR-AS in 3 Einheiten installiert, von denen jede einen Durchmesser von 2*√[(349/24
2
* 0,210/3) / π] = 1,8m hat. Die Höhe des SDR-AS ist dann (27,7/3)/[(1,8/2) * π] ≈ 3,4m.
Wärmetausch der Ventilationsluft
Eine intensive Tilapiafarm muss ventiliert werden, um die CO2-Konzentration in der Luft innerhalb
akzeptabler Grenzen zu erhalten. Der Wärmeverlust durch Ventilationsluft kann beträchtlich sein, 40 kW in
3
der konventionellen Kreislaufanlage in der vorliegenden Fallstudie, oder umgerechnet 44,000 m Gas/Jahr.
3
Die Verwendung eines Wärmetauschers für die Ventilationsluft würde ca. 11 kW (12,000 m Gas/Jahr)
einsparen und gleichzeitig die Menge der Wasserverdunstung von 2,7 auf 0,5 L/kg Futter reduzieren.
Aufbereitung der Schlämme von Reststoffen
Um die die Entstehung großer Mengen von Schlämmen mit einem sehr hohen Wasseranteil zu vermeiden
(das Rückspülwasser eines Trommelfilters enthält weniger als 0,1% Trockenmasse) und somit
Entsorgungskosten einzusparen, kann der Schlamm aufkonzentriert werden. Dies kann durch die oben
bereits beschrieben Methoden der Sedimentation (Becken zum biologischen Abbau), Flotation und
Mikrosiebfiltration geschehen. Eine weitere Filtermethode ist der Einsatz von so genannten Geotubes. Das
sind Geotextilsäcke aus hochfest gewobenem Polyprophylen, die häufig zur Aufkonzentration und
Entwässerung von Schlämmen verwendet werden.
In der vorliegenden Fallstudie wird die Rückspülung des Trommelfilters einer konventionellen
Kreislaufanlage durch Flotation aufkonzentriert, wodurch ein endgültiger Trockenmasseanteil des Schlamms
von 2% erreicht wird. Der SDR-AS-Schlamm wird mit der Hilfe von Geotubes und eines Polymers eingedickt,
was einen endgültigen Trockenmasseanteil von 9% ergibt.
91/116
9.2.3. Bewertung der Ergebnisse von konventionellen Kreislaufanlagen im Vergleich mit
Kreislaufanlagen mit einem MDR-Modul
Ergebnisse der konventionellen Kreislaufanlage
Stoffflüsse und Abbau der Reststoffkomponenten in einer konventionellen ZonAquaculture-Kreislaufanlage
(ohne SDR-AS) werden in Abb. 31 dargestellt. Anhand von Daten zur Wasserqualität in Kreislaufanlagen
unter Produktionsbedingungen kann angenommen werden, dass 98% des gelösten N und 50% des gelösten
CSB oxydiert wurden. Weiterhin wird eine spontane Denitrifikation von 10% des oxydierten N angenommen.
Abb. 31: Flussdiagramm für N, P und CSB in einer konventionellen Kreislaufanlage.
92/116
Kasten 9. Berechnung der N- und CSB-Ströme in einer konventionellen Kreislaufanlage.
Die 2,1kg N-Faeces werden durch den Trommelfilter mit einer Effizienz von 0,65 entfernt, was 1,38 kg N-Feststoff
und 0,74kg N-gelöst ergibt. Zusammen mit den 12,3kg N-Ausscheidung sind 13,1kg N-gelöst vorhanden. Diese
13,1 kg N-gelöst müssen im System oxidiert werden. Die Nitrifikation hat eine CSB-Rate von 0,26g CSB/g N, von
denen wiederum 65% durch den Trommelfilter aufgefangen werden, wodurch 0,65*12,6*0,26*0,077 = 0,16kg N als
N-Feststoff zurückgeführt wird. Der Rest der 1,0kg, die wieder zu N-fest zurückgeführt werden, stammt aus Erträgen
der spontanen Denitrifizierung (Biomassewachstum) und der Oxydation von CSB (siehe unten). Von N-oxidiert
werden 10% (1,3kg) spontan denitrifiziert. Somit verbleiben 10,7kg NO3-N. Damit eine NO3-N-Konzentration im
3
System von 165 g/m konstant gehalten werden kann, sollte der Wasseraustausch des Systems 10,700/165 =
3
65 m /d, oder 65,000/349 ≈ 186 L/kg Futter betragen.
Die 62kg CSB-Faeces werden durch den Trommelfilter mit einer Effizienz von 0,65 zurückgehalten, was 41kg CSBfest und 22kg CSB-gelöst entspricht. Zusammen mit den 43kg CSB-Rest sind 72kg CSB-gelöst vorhanden, von
denen 50% (36kg) oxydiert werden. Heterotrophe Bakterien haben einen CSB-Ertrag von 0,30g CSB/g CSB, von
denen wiederum 65% durch den Trommelfilter zurückgehalten werden. Dadurch gelangen 0.65*36*0.30/(1-0.30) =
10kg CSB zurück zu CSB-fest. Weitere 3kg CSB-fest fallen bei der Nitrifikation und der spontanen Denitrifikation an
(siehe oben). Der gesamte anfallende CSB beträg demnach 54kg. Mit einem CSB-Anteil am Schlamm von
3
3
3
21,3kg/m (20kg/m Trockenmaterial, Ascheanteil 25%), ergibt dies 54/21,3 = 2,5 m Schlamm/d, oder 2,500/349 ≈
7.3 L/kg Futter.
3
Basierend auf einem Gesamtsystemwasseraustausch von 65 m /d ist die Konzentration im System von CSB-gelöst
3
12,000/65 ≈ 177 g/m .
Ergebnisse der Kreislaufanlage mit einem SDR-AS
Stoffflüsse und der Abbau der Reststoffe in einer Kreislaufanlage mit SDR-AS, bei maximaler Futterrate, sind
in Abb.32 dargestellt. Anhand von Daten zur Wasserqualität, die im Betrieb einer ZonAquacultureKreislaufanlage mit Denitrifikation erhoben wurden, kann abgeleitet werden, dass 56% des gelösten CSB
oxydiert wurden. Weiterhin wird eine spontane Denitrifikation von 15% des oxydieren N angenommen,
während vom verbleibenden NO3-N 85% denitrifiziert werden. Der Wasseraustausch im System könnte
darüber hinaus noch weiter reduziert werden, da noch immer NO3 und CSB vorhanden sind, allerdings steigt
dann die Akkumulation aller bekannten und unbekannten Substanzen im Wasser exponentiell an.
93/116
Abb.32: Flussdiagramm für N, P und CSB in der Kreislaufanlage mit SDR-AS
94/116
Kasten 10. Auswirkung der Denitrifizierung auf die N-, P- und CSB-Ströme in der Kreislaufanlage mit
SDR-AS.
In der Kreislaufanlage mit einem SDR-AS werden im SDR-AS 2,7kg N zusätzlich wieder aufgelöst (siehe unten), so
dass das gesamte N-gelöst auf 15,8kg steigt. Es wird angenommen, dass das gesamte N-gelöst oxydiert wird. Nach
spontanter Denitrifikation (15%, 2,4kg) und unter Berücksichtigung des gesamten N, das in Bakterienbiomasse
eingebunden ist (2,1kg), wird für das verbleibende NO3-N (11,4kg) eine Denitrifikation von 85% angenommen.
3
Daraus ergibt sich ein Rest von 1,7kg NO3-N. Um eine NO3-N Konzentration im System von 165 g/m aufrecht zu
3
erhalten, sollte der Systemwasseraustausch 1,700/165 = 10 m /d, oder 10,000/349 = 30 L/kg Futter betragen.
Hinweis: der Wert von 85% wurde gewählt, um einen Systemwasseraustausch von ca. 30 L/kg Futter
aufrechtzuerhalten, wie in der Praxis beobachtet.
In der Kreislaufanlage mit SDR-AS ist mehr CSB-fest vorhanden (58kg), als ohne SDR-AS. Das CSB/NO3-N
Verhältnis der Reststoffe, die in den SDR-AS eingeleitetet werden, beträgt 58/11,4 = 5,1 gCSB/gN. Hinweis: Es
lässt sich auch beobachten, dass der CSB-fest der eingeleiteten Reststoffe zu 70% (41kg/58kg) aus „frischem” (Kot-)
Reststoffen besteht und zu 30% aus ‘recyceltem’ (Bakterienbiomasse-) Reststoffen.
Die 9,7kg denitrifiziertes NO3-N, „oxydieren” 28kg CSB (9,7 * 2,86) und produzieren dabei [2,86/(1-0,35)-2,86] * 9,7 =
14,9kg CSB, von denen wiederum 65% (ca. 10kg) im Trommelfilter zurückgehalten werden. Zusammen mit den
verbleibenden 15kg CSB-fest fallen insgesamt 25kg CSB-fest an. 95% davon werden in einem Geotube
3
3
aufgefangen. Mit einem Anteil von 95,9kg/m (90kg/m Trockenmaterial, Ascheanteil 25%), ergibt dies (25*0,95)/95,9
3
= 0,25 m Schlamm/d, oder 250/349 ≈ 0.7 L/kg Futter.
Daten zur Wasserqualität aus dem Betrieb einer ZonAquaculture-Kreislaufanlage mit Denitrifikation zeigen eine
3
3
CSB-Konzentration von ca. 200g/m und eine Phosphatkonzentration von ca. 35g/m . Daraus kann rückgeschlossen
werden, dass 56% des CSB-gelöst oxydiert werden. Weiterhin muss aber auch eine Phosphorsenke im System
vorhanden sein, da der P-Austrag, der zur Aufrechterhaltung einer solchen Konzentration (P USB Schlamm = 0.21
gP/gCSB) notwendig ist, in der Praxis nicht nachgewiesen werden kann.
95/116
9.2.4. Nachhaltigkeitsparameter
In Tabelle 51 werden die Nachhaltigkeitsparameter wie Ressourcenverbrauch pro geerntetem kg Fisch,
Nährstoffverwertung als % vom Input und Reststoffmenge pro geerntetem kg Fisch für eine konventionelle
Kreislaufanlage und für eine Kreislaufanlage mit SDR-AS gegenübergestellt. Die Kreislaufanlage mit SDRAS hat einen wesentlich niedrigeren Bedarf an Wärme, Wasser und Bikarbonat. Obwohl die Ansprüche der
Kreislaufanlage mit SDR-AS an Elektrizität, Sauerstoff, Arbeit (und Investitionen) etwas höher sind, sind die
tatsächlichen Produktionskosten pro geerntetem kg um 10% niedriger als in einer konventionellen
Kreislaufanlage. Die Abfallentsorgung wird durch die Integration eines SDR-AS um 81% für N, um 59 % für
CSB, um 61% für GSB, um 30% für CO2 und um 58% für die Summe gelöster Salze verringert.
Konventionell
SDR-AS
Ressourcennutzung
Jungfisch (#/kg)
Futter (kg/kg)
Elektrizität (kWh/kg)
Heizung (kWh/kg)
Wasser (L/kg)
Sauerstoff (kg/kg)
Bikarbonat (g/kg)
Arbeit (h/MT)
Konventionell
SDR-AS
Abfallausleitung
1.2
1.22
1.8
10.0
238
1.18
252
12.5
1.2
1.22
2.2
0.0
38
1.26
a
107
13.1
Nitrogen (% des Inputs)
Phosphor (%des Inputs)
32
43
32
43
CSB (% des Inputs)
32
32
TOD (% des Inputs)
32
32
Nitrogen
Fest (g/kg)
Gelöst (g/kg)
Phosphor
Fest (g/kg)
Gelöst (g/kg)
CSB
Fest (g/kg)
Gelöst (g/kg)
GSB
Fest (g/kg)
Gelöst (g/kg)
CO2 (kg/kg inkl. Gas)
(g/kg)
Konduktivität (µS/cm)
8.5
37.4
2.6
5.9
4.5
3.8
7.2
1.3
189
40
84
9
227
48
1.58
95
11
1.10
62
28
1060
2000
a) In der Praxis ist der Bedarf an Bikarbonat (Alkalinität) tatsächlich Null, wenn Denitrifikation angewendet wird.
Tabelle 51: Nachhaltigkeitsparameter, Ressourcennutzung pro geerntetem kg, Nährstoffverwertung als % des Inputs,
Abfallentsorgung pro geerntetem kg.
96/116
9.3. Modul – Algenbettfilter ( PTS-Periphyton Turf Scrubber)
Ein Algenbettfilter (periphyton turf scrubber - PTS) ist eine heterogene Mikrobenmatte (Periphyton), die in
erster Linie aus Mikroalgen und Bakterien besteht. Das Wachstum dieser Organismen ist an Oberflächen in
einem Fototropischen Umfeld (mit Licht) gebunden. Diese Mikroorganismen haben eine relativ hohe
Wachstumsrate und regenerieren sich nach einer Störung rasch. Das Periphyton wird dominiert von
benthischen Kieselalgen (zentrisch, gefiedert, einzellig und fadenförmig), kokkoiden und fadenförmigen
Cyanobakterien und benthischen, fadenförmigen Grünalgen. Eine weitere Reihe von Bakterien, Protozoen
und Vielzellern (z.B. Nematoden, kleine Ringelwürmer und Mikrocrustaceen) sind ebenfalls im Periphyton
vergesellschaftet.
Periphyton ist eine hervorragende Futterquelle für viele Fischarten in natürlichen Gewässern. Je mehr
Nährstoffe in der Umgebung zur Verfügung stehen, desto höher ist der Nährwert dieser Mikrobenmatten.
Partikuläres und gelöstes Material werden von dem Periphyton während des Wachstums aufgenommen,
sowohl organisch als auch anorganisch. Auf diese Weise wirkt sich das Periphyton positiv auf die
Wasserqualität aus. Wegen der konstanten Belüftung des Periphytons durch Wellenbildung innerhalb des
Algenbettfilters (PTS), entwickelt sich das Periphyton in einer sauerstoffreichen Umgebung und begünstigt
so die Nitrifizierung. Kurz zusammengefasst bestehen die Vorteile eines PTS in der Produktion von
Mikroben als zusätzliche Futterquelle und der Verbesserung der Wasserqualität.
Der Einsatz eines PTS in einer Kreislaufanlage ist innovativ. In diesem Projekt wurden die Planungskriterien
für einen PTS in einer Kreislaufanlage untersucht. Zur Wasserreinigung ist die PTS-Technologie in
geschlossenen Anlagen (indoor) jedoch nicht wirtschaftlich, da eine große beleuchtete Fläche benötigt wird,
von der das Periphyton regelmäßig geerntet werden muss. Strom und Arbeit lassen diese Technik sehr
kostenintensiv werden. Trotzdem gibt es Hinweise, dass Periphyton die Anzahl an Kolibakterien in tertiärem
Abwasser vermindern und so dazu beitragen, das mikrobielle Gleichgewicht des Wassers in der
Kreislaufanlage zu stabilisieren. Letzteres lässt sich durch die Integration eines kleinen PTS in die
Kreislaufanlage erreichen, um exzessive Bakterienentwicklung zu verhindern, während die eigentliche
Wasseraufbereitung über Feststoffentfernungs- und Biofiltereinheiten dargestellt wird. Die für die Planung
einer intensiven Kreislaufanlage entwickelten Parameter erlauben die PTS-Technologie entweder als kleine
Einheit in der Kreislaufanlage oder als größere Einheit in Außenbereich zu integrieren.
Die Versuche wurden in vier identische Kreislaufsysteme in Laborgröße durchgeführt. Jedes System
bestand aus einem 70 l Fischbecken, einem Pumpensumpf (70 l) mit einer Tauchpumpe (Typ Eheim
1250219, 28W, 230V/50Hz, max. Leistung von 20 l/m, die den Biofilter mit einem Wasserstrom von 6 l/m
beschickt) und einer Elektroheizung (Typ Heizer 300, 300W, 230V, hält Wassertemperatur von 25 ± 2 °C
aufrecht), und einem 40 l PTS-Tank für das Periphyton. Die Fischbecken wurden so positioniert, dass keine
Vibrationen von dem Kippeimer zur Erzeugung der Wellenbewegung im PTS übertragen werden konnten.
Jedes System wurde mit Belüftersteinen ausgestattet. Zur Vermeidung von Spitzen der NO2
Konzentrationen wurde in jedes System ein kleiner Biofilter integriert. Das Gesamtsystemvolumen eines
Systems betrug 185 l.
2
Bei allen Systemen hatte der PTS-Tank eine Oberfläche von 1,96 m und eine Wassertiefe von ca. 1 cm.
Jeder PTS-Tank war mit einem 3 mm Edelstahlmaschensieb als Substrat für die Mikrobenmatte
ausgestattet. Ein Kunststoffkippeimer, der sich 4 Mal pro Minute füllte und entleerte, erzeugte Wellen über
diese Siebe (6 l/min).
Das Wasser floss vom Ablauf der Fischbecken in den PTS-Tank und danach in den Pumpensumpf. Dort
wurde es beheizt, bevor das Wasser zum Biofilter gepumpt wurde, um von dort zurück in die Fischbecken zu
fließen.
Jedes System wurde mit Niltilapia (Oreochromis niloticus) besetzt, bei einer Dichte von 2 bis 5 kg pro
-0.8 -1
System. Die Fische wurden 8-11 g kg d mit einem kommerziellen Fischfutter (43-47 % Protein) gefüttert.
Das Besatzgewicht der Fische betrug 30-70 g.
3
2
Die Experimente zur Beschickungsrate ([m Wasser/m PTS/Tag]) und dem C/N-Verhältnis wurden bei
schwacher Lichtintensität durchgeführt. Ein Versuch zum Einfluss der Lichtintensität zeigte, dass Licht die
Wasserqualität im System erheblich beeinflusste, und in geringerem Maße die Produktion von Periphyton.
Periphyton, das auf Pfählen oder Bodenflächen bei geringer Wassertiefe in Teichen wächst, akkumuliert
relativ wenig Schwebstoffe, die deshalb größtenteils auf den Boden der Teiche absinken. Auf den
97/116
Teichböden steht weniger Sauerstoff zur Verfügung als im PTS und eine übermäßige Ansammlung von
organischem Material lässt den Boden rasch anoxisch werden. Ein größeres C/N-Verhältnis (20 statt 10)
beschleunigt die Mineralisierung von organischem Material und es akkumuliert weniger Sediment am Boden.
Deshalb kann der Betrieb von Periphytonsystemen bei einem hohen C/N-Verhältnis empfohlen werden.
Pro kg Futter (91% Trockenmasse) wurden bei geringer Lichtintensität 70 g AFTG (aschefreies Trockengewicht) Periphyton geerntet und 158 g AFTG bei hoher Lichtintensität. 52% des TG (Trockengewicht) war
Protein, was darauf hinweist, dass das produzierte Periphyton ein qualitativ hochwertiges Fischfutter
darstellt. Für Periphyton (AFTG) kann ein Futterverwertungskoeffizient von 1,34 erreichet werden. Unter
Berücksichtigung der Produktivität des Periphyton kann in einem Teich von 1 ha mit einer Substratfläche für
-1
-1
Periphyton, die genauso groß ist wie die Teichfläche, eine Tilapiaproduktion von 5000 kg ha Jahr erreicht
-2 -1
werden (unter der Annahme einer Periphyton Produktion von 2,5 g m d und einer Nutzung von 75%).
In allen Versuchen war die Kombination eines PTS und eines Biofilters ausreichend, um eine zur Produktion
von Niltilapia geeignete Wasserqualität aufrecht zu erhalten. Die Nitrifizierung sowohl im Biofilter als auch im
PTS trug in erheblichem Ausmaß zur Nitrifizierung des Systems bei und in allen Fällen war ein
-1
Wasseraustausch notwendig, um die NO3-N Konzentration unter 150 mg l zu halten. Von dem durch das
Futter zugeführten N wurden 20-30% mit dem Wasserwechsel aus dem System entfernt.
Kleine Mengen des ergänzten P und N wurden durch das geerntete Periphyton zurück gewonnen. Das
waren 3% im Experiment zum C/N-Verhältnis, 9% in der HSL-Studie und 5,6-9,0% in der Lichtintensitätsstudie. Beim Phosphor waren die wieder gewonnenen Mengen 1,6% in der C/N-Studie, 12% in der HSLStudie und 3,2-4,9% in der Lichtintensitätsstudie. Offensichtlich war die Periphyton-Produktion der drei
Studien sehr unterschiedlich, auch bei identischen Lichtverhältnissen. Speziell in der C/N-Studie sank die
Periphytonproduktion während der Dauer der Studie, was in der Lichtintensitätsstudie nicht der Fall war. Die
Gründe dafür sind vorerst unklar.
Der im System angesammelte Schlamm war eine wichtige Senke für Nährstoffe. Ca. 50% des Schlamms
sammelte sich im PTS an, die anderen 50% im Pumpensumpf. Das Reinigungsintervall des PTS
(wöchentlich oder am Ende des Versuchs) hatte nur sehr geringe Auswirkung auf die Akkumulationsraten
des Schlamms. Bei näherer Betrachtung der Stickstoffmassenbilanz zeigt sich, dass 7% des eingeleiteten N
in der HSL-Studie mit dem Schlamm aus dem PTS entfernt wurden, im Vergleich zu 10% in der C/N-Studie
und 5-9% in der Lichtintensitätsstudie. Beim eingeleiteten P wurden 11, 7-8 und 13-17% des eingeleiteten P
im PTS, C/N- bzw. Lichtintensitätsstudie entfernt. Bei einer Kombination der Schlamm- und
Periphytonentnahme aus dem PTS wurden ca. 15-30% des eingeleiteten N oder P geerntet und konnten zur
Wiederverwendung weiterverarbeitet werden. Dies ist ein Vorteil gegenüber offenen Systemen, in denen die
Nährstoffe aus dem System verschwinden, ohne dass die Möglichkeit bestünde, sie wieder zu verwerten.
9.4. Von der Fallstudie zur Fischfarm: Wie ist ein Modellfischteich mit PTS-Modul zu
betreiben, der 5 t Fisch pro Jahr produziert?
Bei der PTS-Studie wurde die Produktion von Periphyton und die Auswirkungen auf die Wasserqualität pro
2
m Biofilm berechnet. Der Effekt des Periphyton auf die Produktion in extensiven Teichen wurde durch das
Wageningen-Forscherteam eingehend untersucht. Die Leistungsparameter der PTS-Fallstudie wurden
verwendet, um ein Konzept eines intensiven Teichs als Teil einer Kreislaufanlage zu erarbeiten.
9.4.1. Beschreibung der Produktionseinheit
Die Parameter für einen intensiven Karpfenteich als Teil einer Kreislaufanlage werden in Tabelle 52
3
3
dargestellt. Die maximale Besatzdichte im Fischbecken/ Fischteich ist 15 kg/m , die Größe 333 m . Die
Wassertiefe beträgt 80-100 cm. Belüftung, Zirkulation und Wasseraustausch der Fischbecken/ Fischteiche
wurde durch Mammutpumpen (angetrieben durch Druckluft) dargestellt. Die von den Mammutpumpen
geleistete Förderhöhe ist ausreichend, damit das Wasser durch das ganze System zirkuliert. Aus dem
2
Fischbecken/ Fischteich fließt das Wasser in einen Fischtank
333 m
Absetzteich mit einer Sedimentationsgrube. Die
Sedimentierungsteich 300
Sedimentationsgrube wird wöchentlich entleert
3
1000
(Volumen etwa 10 m ). Der gesammelte Schlamm Periphytonteich
2000
kann als Dünger verwendet werden. Durch einen Substratfläche
Überlaufbecken fließt das Wasser mit dem Gefälle in Wasserstrom
15 l/sek
einen Periphytonteich. In dem Teich wurde eine Fischproduktion
Fischtank: Karpfen
Oberfläche installiert, die zweimal so groß ist wie die
Periphytonteich: Tilapia/Karpfen
Teichoberfläche. Die maximale Besatzdichte im
2
Tabelle 52: Parameter für die Produktionseinheit
Periphytonteich beträgt 0,5 kg/m .
98/116
3
Die Kulturdauer von Karpfen beträgt ca. 6 Monate. Die Besatzdichte betrug 28-50g Fisch m . Die Fische
wachsen in 180 Tagen auf eine Größe von 500-550 g heran. Die geerntete Biomasse beträgt ± 5000 kg.
-1
Proteingehalt des Futters beträgt 40%, die anfängliche Futterrate 10,1 kg d , die Futterrate am Ende beträgt
-1
67,8 kg d .
1,5 Monate nach dem Besatz mit Karpfen werden 25 g große, ausschließlich männliche Tilapias im
Periphytonteich eingesetzt, mit einer Besatzdichte von 2 Fischen
-2
Beschreibung
kg
m . Die Fische wachsen in 4,5 Monaten auf eine Maximalgröße
Gesamtfutter (40% Protein,
6 200
von 300 g heran. Es wird kein zusätzliches Futter gegeben.
Nährstoffbudget der Farm
Der vom Teichboden entfernte Schlamm ist reich an N und P
und eignet sich gut als Dünger für die Landwirtschaft.
Die Futtergabe in das System beträgt 6200 kg, mit einem
Proteingehalt von 40%. 17% des verfütterten N und 23% des P
werden im Schlamm wieder gewonnen. Im Periphytonteich
werden N und P durch das Phytoplankton und das Periphyton
aufgenommen. Auf Grund des Abgrasens durch die Tilapia
bleiben Plankton und Periphyton in einem produktiven Zustand.
(Tabelle 53).
Wasserverbrauch
Außer dem Schlamm verlässt kein Wasser die Farm. Zusätzlich
wird der Wasserverlust durch Verdunstung kompensiert. Bei
Neuanlagen sind sämtliche Teiche mit Folie ausgelegt, deshalb
sollten Verluste durch Versickern zu vernachlässigen sein. Die
2
Gesamtoberfläche ist beinahe 2000 m und der zu erwartende
3
Verdunstungsverlust beträgt 3000 m .
1.2% P)
Gesamt N im Futter
N im Schlamm
N im Periphyton
N im Phytoplankton
Gesamt P im Futter
P im Schlamm
P im Periphyton
P im Phytoplankton
N wiedergew. im gem. Karpfen
P wiedergew. im gem. Karpfen
N wiedergew. im Tilapia
P wiedergew. im Tilapia
Nicht belegtes N
Nicht belegtes P
397
77
40
24
74
17.5
3.6
3.3
136
40
16
4.8
104
5.7
%
26
8
Tabelle 53: N- und P-Daten für intensive
gem. Karpfen-/Tilapia-Produktionseinheit
9.4.2. Vor- und Nachteile des intensiven Teichsystems/Periphytonsystems
Vorteile:
•
Nährstoffrückhaltung und -wiedergewinnung für N und P im System sind sehr hoch: 38 % des
zugeführten N und 60 % des zugeführten P werden im Fisch zurückgehalten. Zusätzlich dazu werden
beachtliche Anteile des zugeführten N und P im Schlamm wieder gewonnen, der als hervorragender
Dünger verwendet werden kann.
•
Die große Biofilteroberfläche im System (Teichoberfläche + installierte Oberfläche der Pfähle) stabilisiert
die Wasserqualität. Die Umsatzrate im Fischbecken/ Fischteich ist 4 Mal täglich, während die Verweildauer im Periphytonteich 1,6 Tage beträgt. Für die Entwicklung von Phytoplankton ist das wenig und
übermäßiges Planktonwachstum wird somit vermieden, während für die beteiligten Biofilme keine
Probleme entstehen.
•
Sehr geringe Auswirkungen auf die Umwelt.
•
Niedriges Risiko von Infektionen durch pathogene Keime und Parasiten.
•
Geringer Bedarf an Medizin und chemischer Behandlung.
•
Jährlicher Produktionszyklus, mit Besatz durch Tilapia während der heißesten Monate im Jahr.
•
Wenn angrenzend an das Absetzbecken Land zur Verfügung steht, kann durch Pflanzenzucht eine
zusätzliche Einkommensquelle erschlossen werden.
•
Das Risiko durch Ammoniumintoxikation kann vernachlässigt werden.
•
Die Produktion ist 5-10 Mal höher als diejenige der traditionellen, extensiven Teichzucht, folglich wird
weniger Land benötigt. Es steht also mehr Landfläche für natürliche Entwicklung oder sonstige
Aktivitäten zur Verfügung.
Nachteile:
•
Es wird eine relativ große Produktionsfläche benötigt, mit hohen anfänglichen Investitionen.
•
Konstante Belüftung ist notwendig, was hohe Energiekosten bedeutet.
•
Es wird ein Notfallgenerator benötigt.
•
Jedes Jahr im Frühjahr wird eine zuverlässige Quelle für Jungfische benötigt.
•
Eine 5 t-Einheit ist immer noch sehr klein. Eine mittelgroße Versuchsanlage sollte in der Praxis erprobt
werden.
99/116
Fallstudie in der Schweiz
10. Das Tropenhaus: eine Polykultur zur nachhaltigen Produktion von
tropischen Früchten und Fischen – Ein Fallbeispiel aus der Schweiz
10.1. Einführung – das Konzept des Schweizer Tropenhauses
Das Tropenhaus Konzept wurde entwickelt, um die Abwärme (ca. 100 GWh pro Jahr) einer im Kanton
Luzern, Schweiz, gelegenen Gasverdichterstation der Gasleitung Holland - Italien ökonomisch zu nutzen.
Die Produktion von frischen, nachhaltig produzierten Papaya, Guaven, Bananen, Sternfrüchten und Tilapia
unter Verwendung von Abwärme und nachwachsende Rohstoffen, machen das Tropenhaus zu einem
Modell für umweltbewusste Planung und Nachhaltigkeit. Die Hauptziele des Projekts sind:
•
Die Berücksichtigung von Abfall als Ressource,
•
Ein Ökosystem-basiertes Planungskonzept,
•
Hohe Diversifizierung,
•
Hohe Systemintegration und
•
Die Verwendung erneuerbarer und CO2-neutraler Energiequellen.
Abb.33: Gasverdichterstation als Abwärmequelle für Polykultur Ruswil
Basierend auf den südasiatischen Polykultursystemen wurde im Jahr 1999 eine integrierte Fisch- und
2
Tropenfruchtproduktion in einem 1 500 m großen Gewächshaus realisiert. Angewandte Entwicklung und
Forschung war von Anbeginn ein Schlüssel zur Optimierung der Produktion hinsichtlich Qualität und
Quantität. Ein Kernelement des Tropenhauskonzepts ist die Tilapiazucht. Das nährstoffreiche Wasser der
Aquakultur wird zur Bewässerung und Düngung der tropischen Agrikultur genutzt.
10 Jahre praktischer Erfahrung mit dem Tropenhaus Ruswil zeigen deutlich, dass eine qualitativ
hochwertige, nachhaltige Fisch- und Pflanzenproduktion basierend auf der Nutzung von Abwärme
ökonomisch realisierbar ist.
Hinsichtlich des Geschmacks ist die Qualität der
Tropenhausprodukte auf Grund der Optimierung
der Erntezeit, sowie kurzer Transportwege
zwischen dem Tropenhaus und den Endkunden
(Privatpersonen, Restaurants, Supermärkte, etc.)
besser als die von importierten tropischen Fischen
und Früchten.
Basierend auf den vielversprechenden Ergebnissen
des Pilotprojekts wurden in Kürze zwei
Großprojekte mit einer Gesamtinvestitionssumme
von rund € 40 Millionen entwickelt. Beide Projekte
befinden sich zur Zeit in der Realisierungsphase
und sollen Mitte 2009 in Betrieb genommen
werden. Die Schweizer Supermarktkette COOP ist
vom Tropenhaus-Konzept und dem SustainAqua
Ansatz überzeugt und fördert aktiv die TropenhausProdukte. Auf diese Art konnte bereits eine
Abb. 34: Das Tropenhaus-System
Marktentwicklung
initiiert
werden,
die
die
Entscheidung von Züchtern hin zu einer nachhaltigeren Fischzucht unterstützt. Das neue Tropenhaus ist
auch als Plattform zur Förderung nachhaltiger Aquakulturkonzepte sowie der Resultate von SustainAqua
100/116
konzipiert. Insofern trägt das Tropenhaus als Beispiel für nachhaltig Produktion zur Bewusstseinsbildung bei
Züchtern, Verkäufern und Konsumenten bei.
Voraussetzungen für die Implementierung eines Tropenhauskonzepts
•
Abwärme aus Industrieanlagen, Biomasse basierten Wärmekraftwerken, geothermische Installationen,
etc. (1.5 – 2.0 MW/10,000 m2)
•
Zugang zu Märkten für tropische Fische und Pflanzen
•
Boden: keine spezifischen Voraussetzungen, ungünstig sind kalte Grundwasserströme
•
Topographie: flach bis leicht geneigt
•
Sonneneinstrahlung: gute Aussetzung zur Sonnenstrahlung
Das bestehende Tropenhaus Konzept wurde im SustainAqua Projekt erforscht und weiter entwickelt. Die
Forschung fokussierte auf folgende Themen:
•
Integration von Krebsen in die Tilapiaproduktion
•
Produktion von Fischfutter aus ungenutztem pflanzlichen Material
•
Anwendung von Aquaponikfiltern zur Behandlung des Prozesswassers
Nach einer Zusammenfassung der Ergebnisse der Versuche zur Integration von Krebsen in die Fischzucht
sowie zur Verwendung des ungenutzten Pflanzenmaterial aus dem Tropenhaus als Fischfutter (beide
Versuche sind noch nicht für die kommerzielle Anwendung ausgereift) wird der Aquaponikfilter im Detail
vorgestellt.
10.2. Integration von Krebsen in die Tilapiaproduktion sowie Herstellung von Fischfutter
aus tropischen Pflanzenresten
Die im Tropenhaus wachsenden Pflanzen (unter anderem: Papaya, Guave, Banane, Sternfrucht) gedeihen
gut. Bedingt durch ihr schnelles und üppiges Wachstum entsteht auch viel pflanzliches Material welches
bisher nicht effizient genutzt wird. Krebse sind im allgemeinen gute Verwerter von solchem Pflanzenmaterial,
aber auch von Abfallprodukten aus der Fischzucht (z.B. Sedimentpartikel, Fischfäkalien oder tote Fische).
Die Integration von Krebsen in die bestehende Tilapiazucht eröffnet entsprechend folgende Perspektiven:
•
Diversifizierung der Produktion
•
Verbesserte Nutzung der vorhandenen Nährstoffe
•
Effizientere Nutzung der Wasserressourcen
•
Steigerung der Wirtschaftlichkeit des Systems
Die Wasserassel Asselus aquaticus ist sehr tolerant gegenüber schlechter Wasserqualität und
Sauerstoffmangel. Es ist dementsprechend relativ einfach, eine Zucht von Wasserasseln in eine Art
"Recycling-System" zu integrieren, das mit dem Prozesswasser aus der Tilapiaproduktion gespeist wird.
Wasserasseln könnten das konventionelle Fischfutter mit natürlichem Futter ergänzen, das reich an
bioaktiven Verbindungen ist. Reststoffe aus der intensiven Tilapiaproduktion wie zum Beispiel Schwebstoffe
und gelöste Nährstoffe können so letztendlich als ergänzendes Futtermittel verwendet werden.
Wasserasseln enthalten die für die Fischentwicklung notwendigen Amin- und Fettsäuren sowie weitere
Nährstoffe. Studien über das Beimengen geringer Mengen von Futtertieren (Insekten, Asseln etc.) in das
Fischfutter von Regenbogenforellen zeigen z. B. eine Verbesserung der Qualität des Fischfleisches sowie
eine gesteigerte Vitalität der Forellen gegenüber ausschließlich künstlicher Pelletfütterung.
Herstellung von Fischfutter aus Tropenhaus-Pflanzen
Die klimatischen Verhältnisse im Tropenhaus sind für eine Kompostierung von pflanzlichem Material
ungünstig. Dies führt zu zusätzlichen Kosten für die Handhabung und Kompostierung der Pflanzenreste. Die
Nutzung dieser Materialien als Fischfutter könnte den Nährstoffkreislauf des Tropenhauses verbessern und
die Kosten für kommerzielles Fischfutter reduzieren.
Die Wasserasseln wurden gemeinsam mit Fadenalgen in einem seichten Becken gehalten. Ein kleiner Teil
des in der Aquakultur zirkulierenden Wassers wurde in das Wasserasselbecken geleitet, von wo es in die
101/116
Fischbecken zurückfloss (siehe Abbildung 35). Die Wasserasseln wurden mit dem sich im Fischwasser
akkumulierenden Schlamm aus Fischfäkalien, nicht verbrauchtem Fischfutter, Fadenalgen sowie mit
Papaya-Fallobst gefüttert.
Fischbecken
Wasserasseln
Filter
Kreislaufpumpe
Abb. 35: Fließschema Integration von Wasserasseln in die Tilapiaproduktion
Ungenutztes Material der tropischen Pflanzen wurde klein gehackt oder kompostiert. In den mit Tilapia
(Oreochromis niloticus) und Flusskrebsen (Astacus astacus) durchgeführten Futterexperimenten wurden
Teile der kommerziellen Futterpellets durch diese pflanzlichen Nebenprodukte ersetzt.
10.2.3. Bewertung der Experimente
Die Wasserasselpopulation entwickelte sich gut und war stabil. Der Vergleich mit verschiedenen Substraten
zeigte, dass eine Einbindung einer Krebszucht in die Wasseraufbereitung von Fischzuchten weitgehende
Vorteile bringt. Die mit Abstand höchste Produktion von Wasserasseln wurde auf dem Substrat aus
Fadenalgen (Cladophora) erreicht. Dichter Cladophora-Bewuchs kann darüber hinaus auch als effizientes
Mittel zur Reduktion von Schwebstoffen (organischen Partikeln) dienen. Die zurückgehaltenen organischen
Partikel stellen eine ausgezeichnete Nahrungsbasis für Wasserasseln dar. Die Fadenalgen mit den darauf
lebenden Wasserasseln und den ausfiltrierten Schlammpartikeln können zusammen geerntet und direkt an
die Tilapia verfüttert werden.
Niedrigere, aber trotzdem ertragreiche Produktion von Wasserasseln wurde mit dem ausfiltrierten Schlamm
als Substrat erreicht. Der Vorteil der Verwendung des Schlammes als Substrat liegt in der effizienten
Behandlung und Nutzung der Abfälle bestimmter Kreislaufanlagen. Eine ähnliche Wasserasselproduktion
wurde auch mit den Aquariums- und Zierpflanzen Ludwigia und Eichhornia als Substrat erzielt. Abgesehen
von Vorteilen in der Asellus-Produktion, dem Rückhalt von Schwebstoffen (vor allem durch Eichhornia) und
der Nährstoffelimination, stellen diese Pflanzen auch vermarktbare Nebenprodukte dar.
In Abb. 36 sind die Ergebnisse dieser Versuche zusammengefasst. Der teilweise Ersatz von Skretting durch
Kompost, EM-Kompost, Bokashi, Taro oder Papaya zeigt nennenswerte Ergebnisse. Nichtsdestotrotz wird
empfohlen das getestete pflanzliche Futter nur als Zusatz zu Futterpellets zu verwenden.
Abb.36: Ergebnisse der Fütterungsexperimente mit Biomasse
102/116
Für beide Module ist weiterführende Forschung erforderlich. Mögliche Erfolgsfaktoren sowie Restriktionen
sind untenstehend aufgezeigt:
Die Erfahrung aus dem Tropenhaus zusammen mit den Futterexperimenten zeigt, dass die Zucht von
Wasserasseln in Warmwasseraquakulturen möglich ist. Dadurch kann das kommerzielle Fischfutter mit
wertvollem, frischem tierischem Futter ergänzt werden. Wasserasseln können sowohl mit den im
Prozesswasser gelösten Schweb- und Nährstoffen als auch mit Pflanzenresten gefüttert werden. Bei
Verwendung von Fadenalgen als Substrat und Futter können diese gemeinsam mit den Wasserasseln an
die Fische verfüttert werden. Dichte Beläge von Cladophora können erfolgreich Schwebstoffe (organische
Partikel) aus dem Wasser entfernen und die zurückgehaltenen organischen Partikel sind eine
ausgezeichnete Nahrungsbasis für die Wasserasseln.
Die Nutzung von Pflanzenmaterial aus dem Tropenhaus als Fischfutter stellt eine vielversprechende Option
zur Diversifizierung des Fischfutters dar. Allerdings vermag sie nicht, kommerzielles Fischfutter gänzlich zu
ersetzen. Nichtsdestotrotz handelt es sich um eine zusätzliche Quelle pflanzlichen bzw. tierischen Futters,
das reich an wertvollen natürlichen Inhaltsstoffen ist. Da die Magenkapazität von Tilapia durch
konventionelle Fütterung nicht ausgenützt wird, steht das zusätzliche Futter nicht in Konkurrenz zum
Trockenfutter, sondern könnte die Ernährung sogar ergänzen.
103/116
10.3. Warmwasser-Aquaponikfilter im tropischen Polykultursystem
Jedes Aquakulturmodul im Tropenhaus besteht aus:
•
einem Fischbecken,
•
einem Pflanzenbecken zur Prozesswasserbehandlung und
•
einer Pumpe zur Rezirkulation des Wassers
Bei einem der Module wurde das Pflanzenbecken durch ein Aquaponikfilter ersetzt und getestet. Der Filter
besteht aus mit Blähton gefüllten, geschlitzten Kunststoffkisten. Der Filter ist mit den selben ertragsstarken
Kulturpflanzen (Banane, Papaya, Guave und Sternfrucht) bepflanzt wie die übrige Gewächshausfläche.
Zusätzlich werden Chili, Basilikum, Galgant, Ingwer, Taro, etc. in Unterkultur gezogen.
Das Prozesswasser wird mittels
flexibler Schläuche gleichmäßig
auf die Oberfläche des Filters
aufgebracht und fließt durch
Schlitze in den Wänden und der
Unterseite der Kunststoffkisten
wieder ab. Die Schlitze in den
Kunststoffkisten erlauben auch
den Sauerstoffeintrag und verhindern
dadurch
anaerobe
Verhältnisse im Filterkörper. Die
Reinigung des Prozesswassers
erfolgt einerseits durch den
Rückhalt unerwünschter Stoffe
(z. B. Fischfäkalien, Futterreste,
etc.) durch die Blähtonkugeln und
das Wurzelgeflecht und durch die
Mikroorganismen,
die
darauf
leben. Andererseits nehmen die
Pflanzen über ihre Wurzeln
gelöste Stoffe (Nährstoffe) und
Wasser auf.
Aquaponikfilter mit tropischen Pflanzen (Foto: IEES)
Ein System mit einem Aquaponikfilter und eines mit einem Pflanzenbecken wurden parallel betrieben, um
die Ergebnisse vergleichen zu können. Jedes der Systeme bestand aus einem runden mit einer Folie
ausgekleideten Stahlbecken mit Fußbodenheizung. Die Becken hatten einen Durchmesser von 5.5 m und
3
waren mit 10 m Wasser gefüllt. Die Wassertemperatur betrug 25 °C. Zur Erhaltung der Wasserqualität
wurde das gesamte Prozesswasser zweimal pro Stunde umgewälzt. Dazu wird das Wasser von den
Fischbecken auf die bepflanzten Filter gepumpt. Die Lufttemperatur im Gewächshaus betrug tagsüber 23 °C
und nachts 18 °C. Das Prozesswasser wurde zur Bewässerung des Gewächshauses verwendet. Das
benötigte Wasser für die Fischzucht wurde als Regenwasser auf dem Dach des Gewächshauses
gesammelt.
Der Filter bestand aus 40 Kunststoffkisten mit geschlitzten Seiten- und Grundflächen. Jede Kiste war mit 60
3
Liter Blähton mit einem Durchmesser von 13 - 20 mm gefüllt. Das Blähtongesamtvolumen betrug 2.4 m . Die
Beschickung der Filterkisten erfolgte über flexible Schläuche.
Verglichen mit dem Pflanzenbecken beinhaltet der Aquaponikfilter folgende Innovationen:
•
Wasserbehandlung: Blähtonkugeln ersetzen den Wasserkörper
•
Pflanzenanbau: Tropische Obstbäume und Gemüse ersetzen Wasserpflanzen
•
Konstruktion: Installation auf Bodenniveau möglich
•
Mehrheitlich aerobe statt anaerobe Prozesse
Das System ist in nachstehender Abbildung dargestellt.
104/116
Pflanzenfilter
Wasser Input
Belüftung
Aquaponikfilter
Belüftung
Fischbecken
Fischbecken
Kreislaufpumpe
Kreislaufpumpe
Bewässerungswasser
Abb. 37: Fließschemas mit Aquaponikfilter und mit Pflanzenbecken
Tabelle 54 fasst die Ergebnisse des Vergleichs des innovativen Aquaponikfilter-Systems mit dem
konventionellen Pflanzenfilter hinsichtlich der SustainAqua-Nachhaltigkeitsindikatoren zusammen. Klar
ersichtlich sind die Verbesserungen hinsichtlich Nährstoffeffizienz und Ertrag sowie der Anstieg der
Produktivität (resultiert in geringeren Lohnkosten).
Ergebnisse
System mit Aquaponikfilter
System mit Pflanzenfilter
Energieeffizienz
Energieverbrauch pro
produziertem Tilapia [kWh/kg]
Gesamt
214.43
Energieverbrauch pro
produziertem Tilapia [kWh/kg]
Gesamt
157.41
Wärme
214.38
Wärme
157.36
Strom
0.05
Strom
0.05
Wasserbedarf
Wasserbedarf pro
produziertem Tilapia [m3/kg]
1.4
Wasserbedarf pro
1.4
Ablaufwasser
(= Bewässerungswasser)
Ablaufwasser pro
1.4
Ablaufwasser pro
1.3
N in Tilapia Biomasse / N
Input [kg/kg]
0.28
N in Tilapia Biomasse / N
Input [kg/kg]
0.24
P in Tilapia Biomasse / P
Input [kg/kg]
0.32
P in Tilapia Biomasse / P
Input [kg/kg]
0.27
N-Fracht im Wasser / N Input
(Gräte) [kg/kg]
0.21
N-Fracht im Wasser / N Input
(Gräte) [kg/kg]
0.22
P-Fracht im Wasser / P Input
(Gräte) [kg/kg]
0.17
P-Fracht im Wasser / P Input
(Gräte) [kg/kg]
0.29
N-Gehalt in Nebenprodukten /
N Input (Gräte) [kg/kg]
0.01
N-Gehalt in Nebenprodukten
/ N Input (Gräte) [kg/kg]
0.00
P-Gehalt in Nebenprodukten /
P Input (Gräte) [kg/kg]
0.01
P-Gehalt in Nebenprodukten /
P Input (Gräte) [kg/kg]
0.00
Zeitaufwand für Betrieb /
Produkte
0.04
Zeitaufwand für Betrieb /
Produkte
0.27
Nährstoffaustrag
Nährstoffwiederverwendung für
wertvolle Nebenprodukte
Produktivitätssteigerung pro
Arbeitseinheit
Tabelle 54: Schlüsselergebnisse des Vergleich des Aquaponikfilter-Systems mit dem konventionellen Pflanzenfilter
Schwankung der Ammonium, Nitrit-, Nitrat-, O2- und CSB (chemischer Sauerstoffbedarf)-Werte
Die Ammoniumkonzentrationen sind in beiden Fischbecken auf relativ niedrigem Niveau über einen langen
Zeitraum hinweg gleich hoch. Ende August kam es in beiden Becken zu einem sprunghaften Anstieg der
105/116
Ammoniumkonzentration, wobei die Konzentration in jenem Becken mit dem Aquaponikfilter niedriger war.
Die Nitritkonzentrationen sind allgemein sehr niedrig. Es gibt jedoch auch hier einige Konzentrationsspitzen
in jenem Becken mit dem konventionellen Filter. Im Becken mit dem Aquaponikfilter bleibt die Konzentration
dagegen ausgeglichen. Die Nitratkonzentrationen variieren in beiden Becken annähernd im selben Bereich.
Die Sauerstoffkonzentration variiert zwischen 1.5 und 7.2 im Becken mit dem alten Filter und zwischen 5.9
und 7.9 im Becken mit dem Aquaponikfilter. Die CSB-Konzentrationen sind, mit Ausnahme einer Spitze im
neuen System Mitte April, in beiden Becken annähernd identisch.
Abb. 38: Gegenüberstellung der Schwankung der Nitrit-Konzentration
Der Aquaponikfilter erwies sich als kostengünstige und effiziente Anwendung für die Wasseraufbereitung
und -nutzung in kombinierten Kreislaufsystemen wie dem Tropenhaus. Der Aquaponikfilter kann im
normalen kultivierten Bereich des Gewächshauses eingerichtet werden und ermöglicht auf seiner Oberfläche
denselben Ertrag wie auf der übrigen Pflanzenfläche.
Im Vergleich zum Pflanzenfilter ist der Wartungsaufwand (vor allem für das Entschlammen) geringer. Für die
Bewirtschaftung des neuen Aquaponikfilters ist nicht mehr Arbeitsaufwand nötig als für die übrige
bewirtschaftete Fläche. Der Aquaponikfilter zeigt speziell für die Parameter Ammonium und Nitrit (welche
beide fischtoxisch sind) eine bessere biologische Leistung als der konventionelle Filter.
Falls der Aquaponikfilter nicht in die bewirtschaftete Fläche integriert werden kann, fällt der zusätzliche
Flächenbedarf gegenüber dem normalen Filtersystem, das über den Fischbecken hängt, nachteilig ins
Gewicht. Ein anderes Manko der neuen Filter ist die Notwendigkeit, das Prozesswasser gleichmäßig auf die
einzelnen Kunststoffkisten zu verteilen und das daraus resultierende komplexe Wasserverteilungssystem.
Im Vergleich zum konventionellen Filter hat der neue Aquaponikfilter folgende Vorteile:
•
Mehrwert durch höheren Ertrag
•
Geringere Schwankungen der Nährstoffkonzentrationen in den Fischbecken
•
Einfach und ohne kostspielige Modifikationen in das bestehend System integrierbar
•
Geringerer Wartungsaufwand und damit verbunden geringere Lohnkosten
Der neue Aquaponikfilter ist ein Beispiel für eine umweltbewusste Planung, in welcher 'Ökosystemare
Konzepte der Gesellschaft' dienen und 'Abfall als Ressource' angesehen wird. Kostspieliges händisches
oder maschinelles Entschlammen wird durch natürliche Prozesse ersetzt. Das Abwasser aus der
Tilapiaproduktion wird zur Produktion hochqualitativer Nebenprodukte (tropische Früchte und Gemüse)
verwendet und verbessert die ökonomische Leistung des integrierten Produktionssystems. Der
Geschäftsplan des neuen, erweiterten Tropenhauses, der die Obstproduktion auf den Filter berücksichtigt,
beweist dies zusätzlich.
106/116
10.4. Vom Pilotprojekt zur Fischfarm: Der Entwurf eines Aquaponikfilter-Systems für das
Tropenhaus Wolhusen
10.4.1. Einführung Tropenhaus Wolhusen
Das Tropenhaus Wolhusen basiert auf der 10-jährigen Erfahrung mit dem Tropenhaus Ruswil, in dem
industrielle Abwärme zum Betrieb eines tropischen Polykultursystems verwendet wird. Errichtet im Jahr
2
2009, umfasst das Tropenhaus Wolhusen ein Produktionshaus mit einer Fläche vom 5 400 m und einen
Eventteil für ca. 55 000 Besucher pro Jahr.
Die tropische Polykultur umfasst einen tropischen Garten in dem Papaya, Bananen und andere tropische
Früchte gezogen werden sowie eine Aquakultur mit integriertem Aquaponikfilter zur Tilapiazucht. Die
Polykultur wird durch Abwärme und Sonnenlicht angetrieben, Fischfutter dient als Nährstofflieferant.
Regenwasser wird von den Dachflächen des Tropenhauses gesammelt. Das durch das Fischfutter mit
Nährstoffen angereicherte Prozesswasser wird zur Bewässerung und Düngung des tropischen Gartens
verwendet. Der Ertrag aus diesem System sind tropische Früchte, Fische und pflanzliche Biomasse.
Abb. 39: Grundriss des Gewächshauses Tropenhauses Wolhusen mit der Aquakultur
2
Das Eventhaus umfasst eine Fläche von ca. 3 100 m und beinhaltet einen tropischen Garten, eine TilapiaAquakultur, ein Restaurant und Einrichtungen in denen Besucher Zier- und die im Produktionshaus
verwendeten Nutzpflanzen betrachten können.
Das Tropenhaus Wolhusen befindet sich in der hügeligen Zentralschweiz auf einer Meereshöhe von
680 m.ü.M. Die Region ist durch Landwirtschaft charakterisiert und das Tropenhaus ist von Ackerland
umgeben. Bei gemäßigtem Klima beträgt die jährliche Sonnenscheindauer ca. 1 300 bis 1 400 Stunden. Der
durchschnittliche Niederschlag beträgt ca. 1 200 mm pro Jahr.
Das Tropenhaus ist an eine industrielle Abwärmequelle angeschlossen (warmes Wasser mit einer
Temperatur von ca. 60°C), die über ein geschlossenes Wärmetauschersystem zum Heizen des
Gewächshauses sowie des Prozesswassers verwendet wird. Die angestrebte Lufttemperatur im
Gewächshaus beträgt tagsüber 23°C und nachts 18°C. Die optimale Prozesswassertemperatur beträgt
26°C.
2
Die Kulturfläche ist ca. 4 000 m groß und der jährliche Ertrag an tropischen Früchten (hauptsächlich Papaya
und Bananen) beläuft sich auf mehr als 60 Tonnen.
10.4.2. Beschreibung der Aquakultur
Die Fischproduktion besteht aus sechs Aquakulturmodulen mit
jeweils zwei Fischbecken und zwei Filtern. Die erforderliche
2
2
Fläche für ein Modul beträgt rund 180 m , wovon ca. 90 m auf
den Filter entfallen.
Die beiden Fischbecken eines Moduls sind hydraulisch
miteinander verbunden. Das Wasser zur Bewässerung der
Gewächshauses wird aus jeweils einem der Becken entnommen,
in welches auch das Regenwasser nachgespeist wird. Die
Bewässerungswasserentnahme wird durch einen Computer
kontrolliert. Die Einspeisung von Regenwasser wird durch eine
Niveaukontrolle reguliert (siehe Abb. 41 auf der nächsten Seite).
Abb. 40: Schema eines Aquakulturmodules
107/116
Verteilrohr
Verteilrohr
Filter 1
Filter 2
Folie
Folie
Regenwasser
Becken 2
Becken 1
: Pumpen
Pumen
: Wärmeaustauscher
Bewässerungswasser
Abb. 41: Fließschema der Aquakulturmodule im Tropenhaus Wolhusen
Die Fischbecken bestehen aus runden, mit PE-Folien ausgelegten Stahlbecken. Der Durchmesser beträgt
3
5.5 m und die Höhe 1.6 m. Bei einem Wasservolumen von 30 m pro Becken beträgt die Wassertiefe 1.3 m.
3
Bei einer Besatzdichte von 20 kg Fisch pro m Wasservolumen beträgt die erwartete Ernte 920 kg Fisch pro
Becken pro Jahr.
Aquakulturmodul in der Bauphase (Foto: IEES)
Fischbecken in der Bauphase (Foto: IEES)
10.4.3. Aquaponikfilter im Tropenhaus Wolhusen
Der Aquaponikfilter besteht aus mit Blähtonkugeln gefüllten Kunststoffkisten. Die Seitenflächen sowie der
Boden der Kisten sind geschlitzt, um das Durchströmen von Wasser und Luft zu gewährleisten. Der Filter ist
mit denselben Pflanzen (Papaya, Bananen, etc.) wie das übrige Tropenhaus bepflanzt. Darüber hinaus
werden auch folgende Unterkulturen gepflanzt: Chili, Zitronengras, Taro und Galgant. Der Ertrag des Filters
entspricht zumindest dem Ertrag der übrigen Pflanzenfläche.
Pro Fischbecken werden 56 Filterkisten benötigt. Die Abmessungen der Kunststoffkisten betragen 60 x 40 x
3
32 cm, die Schlitze sind je 5 mm breit. Der Filter wird kontinuierlich mit 1 m Wasser pro Minute (entspricht
ca. 18 Liter pro Kunststoffkiste pro Minute) beschickt.
Jede Kiste ist mit rund 60 Liter Blähtonkugeln mit einem Durchmesser von 8 - 16 mm gefüllt. Die
Beschickung der Kisten erfolgt über flexible Schläuche, die von einem zentralen Verteilerrohr ausgehen.
108/116
links: Filterkiste mit Wasserleitung und Chili, rechts: in Filterkiste wachsende Bananenstaude (Fotos: IEES)
Die Aquakultur wurde in Hanglage errichtet. Da die Filter oberhalb der Fischbecken angeordnet wurden,
fließt das Wasser nach dem Durchströmen der Filter per Schwerkraft in die Fischbecken zurück (siehe
Abbildung 42).
Abb. 42: Querschnitt durch Aquakultur
10.4.4. Kosten und Arbeitsstunden
Nachfolgende Tabelle fasst die Baukosten für die oben beschriebenen Aquakulturmodule zusammen. Die
Kosten sind in Material- und Lohnkosten unterteilt. Die Errichtung sollte durch einen Facharbeiter unterstützt
durch Hilfskräfte erfolgen. Ingenieurkosten und Kosten für Erdaushubarbeiten sind nicht berücksichtigt.
Materialkosten (in Euro) enthalten keine Steuern, aber Zollabgaben.
€
%
h
%
Fischbecken mit Wärmedämmung, Ein-/Auslauf
12048
45%
71
29%
Aquaponikfilter
3611
14%
83
34%
Filterpumpen, Armaturen, Leitungen
7138
27%
59
24%
3891
15%
32
13%
26687
100%
245
100%
Fischbeckenheizung:
Armaturen, Leitungen
Wärmetauscher,
Total
Pumpen,
Tabelle 55: Ausgaben für ein Aquakulturmodul
109/116
10.4.5. Vor- und Nachteile eines Aquaponikfilter
In kombinierten Aqua- und Agrikultursystemen wie dem Tropenhaus ist der Aquaponikfilter eine
kostengünstige Methode zur Wasseraufbereitung. Der Filter kann im kultivierten Bereich des
Gewächshauses errichtet werden und ermöglicht somit denselben Ertrag wie auf der übrigen Pflanzenfläche.
Im Vergleich zum normalen Teichfilter ist der Wartungsaufwand (vor allem für das Entschlammen) geringer.
Für die Bewirtschaftung des neuen Filters ist nicht mehr Arbeitsaufwand nötig als für die übrige
bewirtschaftete Fläche. Der Aquaponikfilter zeigt speziell für die Parameter Ammonium und Nitrit (welche
beide fischtoxisch sind) eine bessere biologische Leistung als der konventionelle Filter.
Falls der Aquaponikfilter nicht in die bewirtschaftete Fläche integriert werden kann, fällt der zusätzliche
Flächenbedarf gegenüber dem normalen Filtersystem, das über den Fischbecken hängt, nachteilig ins
Gewicht. Ein anderes Manko der neuen Filter ist die Notwendigkeit, das Prozesswasser gleichmäßig auf die
einzelnen Kunststoffkisten zu verteilen und das daraus resultierende komplexe Wasserverteilungssystem.
Neuer Aquaponikfilter nach sieben Betriebsmonaten (Foto: IEES)
110/116
Literatur
Literaturempfehlungen
Allgemeine Informationen über SustainAqua
Internet:
www.sustainaqua.org
Internetseite des Projekts
http://wiki.sustainaqua.org
Wiki-basiertes Online-Tool, das über die Projektergebnisse und nachhaltige Aquakultur im Allgemeinen
informieren soll. Sie sind herzlich dazu eingeladen, mit Ihren Erfahrungen und Ihrem Wissen beizutragen,
z.B. über weitere nachhaltige Aquakulturtechniken, verwandte Projekte, andere Fischarten, etc.
Internet:
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Nachhaltigkeit in der Aquakultur darstellt
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114/116
Autoren
Autoren
Editoren
Dr. László Váradi (Research Institute for Fisheries, Aquaculture and Irrigation - HAKI)
Tamás Bardócz (Akvapark Association)
Alexandra Oberdieck (ttz Bremerhaven)
Autoren nach Kapitel
1.
Alexandra Oberdieck - ttz Bremerhaven
2.
Christian Hildmann - Martin-Luther-Universität Halle Wittenberg
3.
Tamás Bardócz - Akvapark Association
4.
Tamás Bardócz - Akvapark Association
László Váradi – Research Institute for Fisheries, Aquaculture and Irrigation (HAKI)
5.
Hohe Produktqualität und neue Geschäftsfelder – Marktchancen für Fischprodukte höchster
Qualität und Sekundärprodukte
6.
Wasseraufbereitung für intensive Aquakultursysteme durch künstliche Feuchtgebiete und
extensive Fischteiche – Fallstudie in Ungarn
Dénes Gál, Éva Kerepeczki, Tünde Kosáros, Réka Hegedős, Ferenc Pekár, Lászlo Váradi –
Research Institute for Fisheries, Aquaculture and Irrigation (HAKI)
7.
Verbesserte natürliche Produktion in extensiven Fischteichen – Fallstudie in Polen
Maciej Pilarczyk, Joanna Ponicka, Magdalena Stanna - Polish Academy of Sciences, Institute of
Ichthyobiology and Aquaculture (GOLYSZ)
8.
New methods in trout farming to reduce the farm effluents – Case study in Denmark
Alfred Jokumsen, Per B. Pedersen, Anne Johanne T. Dalsgaard, Ivar Lund, Helge Paulsen, Richard
S. Rasmussen, Grethe Hyldig - Technical University of Denmark, National Institute of Aquatic
Resources (DTU Aqua)
Lisbeth J. Plessner, Kaare Michelsen, Christian Laursen - Danish Aquaculture Organisation (ODA)
9.
Tilapia farming using Recirculating Aquaculture Systems (RAS) - Case study in the
Netherlands
Ep Eding, Marc Verdegem, Catarina Martins, Geertje Schlaman, Leon Heinsbroek, Bob Laarhoven,
Stephan Ende, Johan Verreth - Aquaculture and Fisheries Group, Wageningen University (WU-AFI)
Frans Aartsen, Victor Bierbooms - Viskwekerij Royaal B.V./ ZonAquafarming B.V. (ROYAAL)
Das Tropenhaus: eine Polykultur zur nachhaltigen Produktion von tropischen Früchten und
Fischen – Ein Fallbeispiel aus der Schweiz
Johannes Heeb, Philippe Wyss - International Ecological Engineering Society (IEES)
Zdenek Adamek - Research Institute of Fish Culture and Hydrobiology, University of South Bohemia
(USB)
10.
115/116
Danksagung
Danksagung
Dieses Handbuch ist ein Ergebnis des Kollektivforschungsprojekts 'SustainAqua', das von der
Europäischen Kommission als Teil des Sechsten
Forschungsrahmenprogramms (RP6) mitfinanziert
wurde. Die Forschung und Trainingsseminare im
Rahmen von SustainAqua wurden von einem
Konsortium von 23 Partnern durchgeführt:
ttz Bremerhaven (ttz), Deutschland; International
organisation for the development of fisheries in
Eastern and Central Europe (EUROFISH),
Dänemark; Akvapark Association (AKVAPARK),
Ungarn; Verband der Deutschen Binnenfischerei
e.V.
(VDBi),
Deutschland;
Vattenbrukarnas
Riksförbund (VRF), Schweden; Stowarzyszenie
Producentów Ryb Lososiowatych (PTBA), Polen;
Organización de Productores Piscicultores (OPP),
Spanien;
Österreichischer
Fischereiverband
(ÖFV), Österreich; Su Ürünleri Tanitim Dernegi
(BTG), Türkei; Danish Aquaculture Organisation
(ODA),
Dänemark;
International
Ecological
Engineering Society (IEES), Schweiz; AquaBioTech Ltd. (ABT), Malta; Aranyponty Halászati Zrt.
(ARANY), Ungarn; Aquakultur Kahle (KAHLE),
Deutschland; Hodowla Ryb "SALMO" (SALMO),
Polen; Liman Enegre Balikçilik Sanayii ve Ticaret
Ltd.STI. (LIMAN), Türkei; Viskwekerij Royaal B.V.
(ROYAAL), Niederlande; University of South
Bohemia
in
Ceske
Budejovice
(USB),
Tschechische Republik; Wageningen University Aquaculture and Fisheries Group (WU-AFI),
Niederlande; Polska Akademia Nauk, Zakład
Ichtiobiologii i Gospodarki Rybackiej (GOLYSZ),
Polen; Martin-Luther-Universität Halle Wittenberg
(MLU), Deutschland; Research Institute for
Fisheries, Aquaculture and Irrigation (HAKI),
Ungarn; Technical University of Denmark National Institute of Aquatic Resources (DTUAQUA), Dänemark.
Die Arbeit, die dem Erscheinen dieses Handbuchs
zugrunde liegt, ist die gemeinsame Anstrengung
von verschiedensten Personen, die zu zahlreich
sind, als dass sie hier einzeln aufgeführt werden
könnten; wir möchten jedoch an dieser Stelle
einige Personen wegen ihres außergewöhnlichen
Einsatzes erwähnen:
Tamás
Bardócz
(AKVAPARK),
Alexandra
Oberdieck (ttz), Dénes Gál (HAKI), Alfred
Jokumsen
(DTU-AQUA),
Maciej
Pilarczyk
(GOLYSZ), Ep Eding & Marc Verdegem (WU-AFI),
Johannes Heeb & Philippe Wyss (IEES)
Wir danken ihnen für ihre engagierte Arbeit.
SustainAqua Konsortium (Foto: ttz Bremerhaven)
Umschlag, Gestaltung und Layout von EUROFISH
©SustainAqua, Juni 2009. Alle Rechte vorbehalten.
Freigegeben zur Verteilung.
Mehr Informationen: www.sustainaqua.org
Bitte folgendermaßen zu zitieren:
"SustainAqua – Integrierte Lösungswege für eine nachhaltige und gesunde Süßwasseraquakultur" (2009).
SustainAqua Handbuch – Ein Handbuch für nachhaltige Aquakultur
116/116

Handbuch - Verband der Deutschen Binnenfischerei eV

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