今回はアクアポニックスもどきを金魚の水換え水を利用して実施してみようという内容です。
なお個人の実験レベルの話となります。いかなる作物にも応用可能というわけではありませんし、再現性・安全性についてしっかり検証した内容ではありません。
当サイトに掲載された内容によって生じた損害等の一切の責任を負いかねますので、ご了承ください。
アクアポニックスとは
アクアポニックスというのは簡単に言うと魚を飼育した水を使って植物に栄養を送り、飼育水から植物が栄養を吸収するので飼育水の栄養が少なくなり再び飼育水として利用できる循環型の農法です。
アクアリウムでの水換えの必要性
魚を飼育するとエサを食べた魚の排泄物で飼育水は汚れます。というか飼育水中の栄養の濃度が高まります。
飼育水槽にはフィルターなどのろ過装置が設置されているので、排泄物は比較的無害な硝酸塩やリン酸まで分解されます。
しかしながら硝酸塩も溜まりすぎると魚に害を及ぼします。リン酸が過剰になると黒ひげコケなどの景観を損ねるコケが繁茂します。そしてろ過装置は基本的に硝酸塩やリン酸をそれ以上分解することはできません。
水槽には毎日魚のエサを投入するので、当然毎日排泄物が分解されて硝酸塩は蓄積する一方になります。
これを普通は週一回くらいの水換えで飼育水を薄めることで硝酸塩などの濃度を一定に保っています。
水換えの問題点
通常水換えをするときに養分の多い水を排水として下水に流します。下水処理場で栄養分は減少して河に流れて自然の循環で自然環境へ還っていくわけですが、当然下水を処理する過程で栄養分が集積された下水汚泥などが発生します。
下水汚泥から栄養分としてリン酸などを回収して肥料にする再資源化も活発になってきましたが、下水処理には設備への負荷もかかりますし、無尽蔵に下水に高濃度の栄養が含まれた水を大量に流すのはあまりよくありません。もちろん観賞魚の水換え水くらいなら問題はないのですが。
何より下水に栄養が含まれた水を流すのがもったいない。この水を有効利用したいところです。
なお下水汚泥から回収したリン酸を使った家庭菜園用肥料は以下となります。「マグァンプeco」という製品です。
水換えの問題を解決できるかもしれないアクアポニックスという手法
ヒントは水耕栽培です。
水槽に栄養が溜まり続けるから問題なわけで、水槽に作物の根を浸して、作物が飼育水の栄養を吸収してくれれば、飼育水の中の栄養は減少します。すると水換えが不要になる可能性が出てきます。ただし作物が根から水を吸収するので足し水は必要です。
作物から食用の野菜として可食部を収穫すれば水槽の栄養分は可食部となって水槽の外に排出されます。
また通常水耕栽培では溶液に液肥などを混ぜて水も外部から調達して循環させます。ところが水槽の栄養を使うアクアポニックスなら肥料代が浮きます。魚のエサが回りまわって作物の栄養となるわけです。
つまりアクアポニックスのメリットは以下のようになります。
- 魚の飼育で生じる水換えが不要・減少する（高栄養の排水処理が減って環境にも良いし下水利用料も減る）
- 作物の水耕栽培用液肥の使用量が減る（ただし魚のエサ代と液肥どちらがコスト面で優れるかは場合による）
- 飼育した魚が何らかの方法で売れればコスト面で有利
エサの組み合わせや液肥の組み合わせ、飼育する魚の組み合わせは無数にあるので、アクアポニックスがコスト面で完全に有利とはいきませんが、おおむね上のようなメリットが存在することにより、今アクアポニックスの研究が活発になっています。
ただしアクアポニックスは家庭では取り入れにくい
メリットがあるアクアポニックスですが、一般家庭でこれを実行すると以下のような問題が生じます。
- 水槽の上に大きな栽培装置を乗せるので場所をとるし、景観が損なわれる
- 栄養面では資源が循環されていくが、コケの除去で結局水換えが必要になる
- 栄養面で資源が循環しても水は酸性に傾いていくので、どこかでpHを戻すための水換えが必要
アクアポニックスの装置は水槽の上部に栽培層を作ってそこに作物を水耕栽培するというのが一般的です。
しかしながら水槽上部に大きな物体を乗せるというのはアクアリウムの歴史的にあまり良い扱いをされてきませんでしたし、これからもそうだろうと考えられます。
アクアリウムのろ過装置は投げ込みフィルターや上部式フィルターが数十年前に流行ってから、外掛け式、外部式へと変遷してきました。
やってみるとわかりますが、上部式や投げ込み式より水槽上面をスッキリさせてなるべくフィルターが見えないようにするというのが水景の面で優位性があります。
つまり観賞魚は観賞するためにあるので、よりきれいに癒しとしてアクアリウムをする方向へと進化してきたのです。
現在主流のアクアポニックスをそのまま観賞魚水槽に組み込むのはあまり現実的ではありません。環境問題には貢献しているかもしれませんが、その一方で鑑賞性が損なわれるのでは本末転倒です。
また栄養的には資源が循環しますが、一般的なアクアポニックスでコケをゼロにすることはできません。
飼育水中に作物のための栄養分が常に一定濃度存在する必要があるので、それを栄養に水槽中にコケが生えます。コケを除去するには結局スクレイパーや歯ブラシで水槽を掃除して、ガラス面から剥がしたコケが舞っている飼育水を排出する必要があります。観賞魚ならなおさら景観維持のためにコケ落としは必須です。
栄養面では水換えが理論的に不要になるとはいっても、結局コケ落としのために水換えは不要になりません。フィルターがある程度吸い取るとしても、水槽中をふわふわと舞う黒ひげコケすべて、低床から舞う濃い何か、そういうものを確実に水槽外へ排出するには水換えが必要なのです。
またpHは作物の栄養の吸収ではアルカリ側に戻りません。水槽のpHは魚の排泄物が硝化という反応をすることで徐々に下がっていきます。これをアルカリ性に戻すには通常水換えで中性の飲料水を入れることで対応しています。pHが低すぎると魚も作物も生活できません。アクアポニックスで栄養面で資源が循環してもpHの下落を戻す要素がないので、結局水換えが必要になります。
そこで今回のアクアポニックス「もどき」
通常のアクアポニックスでは水換えを不要にすることがかなり重視されますが、上の話のように水換えを不要にするのは困難です。
そこで水換えは不要にせず、水換えのときに生じる排水を有効利用しようというのが今回提案する方法です。
大まかな仕組みは水換えで生じた排水を水槽とは別の場所にある水耕栽培の溶液にするというものです。
具体的に手順を解説します。
まず観賞魚の水換えをする前に飼育水を確保しておきます。今回は金魚の飼育水を利用します。一般に水耕栽培容器に投入する水の量は水換えする水の量より少ない場合が多いので水耕栽培用に水を確保してから通常のコケ落としをして、水換えをすればよいでしょう。
無理にコケ落としをした後の濁った水を使う必要はありません。というのも水耕栽培の溶液を溜める部分はコケがない方が都合がよいのです。
基本的に水耕栽培容器には水を足していくので、あまりにコケだらけになると掃除のために水を捨てて洗う工程が発生します。これが面倒です。
コケを落とした濁り水を使った実験はこのブログでは実施していないため、安全性を全く評価できません。試す場合は自己責任となりますのでご了承ください。例えば水槽のコケの一種である藍藻類は毒を生成する可能性があり、それを植物が吸収した場合の安全性は不明です。割と簡単に藍藻は発生するのでコケ、特に藍藻が無い水を使ったほうがリスクは低いと思われます。
この水槽の飼育水のEC値は以下のようになります。0.7mS/cmくらいです。
このEC値は水耕栽培でちょうどよいくらいの値です。詳細は以下で解説しています。適正値は0.5～1.0mS/cmくらいです。
水槽で飼育する魚によりますが、おおむね週一回の水換えをするくらいの水槽なら0.5～1.0mS/cmくらいの範囲になることが多いです。ネオンテトラなどの小魚水槽では低め、金魚などが大量にいる水槽なら高めとなる場合が多いです。
この飼育水を水耕栽培の溶液として溶液を溜める部分に溜めます。今回は小松菜を育ててみます。下のプラカップ二つが小松菜です。
上の写真の焼きそば容器に飼育水を入れます。水耕栽培（固形培地栽培に近い）のやり方は以下をご覧ください。
今回は使い古した培養土を太陽熱殺菌したものとコンビニのアイスコーヒーのプラカップを利用して、土の流出を防ぐためにプラカップの底にお茶パックを敷きました。
溶液の弱点と対策
アクアポニックス用に飼育水を利用する場合、EC値は適切な範囲に収まるのですが、カリウムの点で不安が残ります。
というのもアクアリウムのエサの主な原料は魚粉であり、魚粉の栄養素の比率は以下のようになっています。
窒素：6.6%、リン：7.8%、カリ：0.9%
参考：田口 義広, 米山 誠一, 緩効性肥料を利用した茶園の施用窒素量削減の試み, 茶業研究報告/1995 巻 (1995) 81 号/p. 17-23
カリウムが少ないです。窒素とリン酸は飼育水中に大量にあるのですが、根肥えと呼ばれるカリウムが不足するのはよくありません。肥料の魚粉のデータですが、魚のエサにもある程度当てはまると考えます。
カリウムの供給【草木灰】
カリウムを含んでいて安価なのは草木灰です。園芸用のものが少量から販売されているのでそれを利用します。パラパラ水に入れてかき混ぜるだけです。
また草木灰は酸性を打ち消して溶液をアルカリ性にする性質があります。上でpHを戻すために水換えをすると言いました。つまり飼育水はpHが低くなっています。これを草木灰でアルカリ側に戻して弱酸性くらいにすれば理論上はpHが低下した飼育水という問題が解決します。もっとも飼育水がどのくらいのpHになっているかは水槽ごとに違うので、試薬で測ってから草木灰を入れましょう。pHの適正値は（6±0.5）くらいがよいようです。
食品添加物で表1の濃度でpH緩衝液を構成したところ，硝化サイクル完成課程では酸性側に傾くものの，完成後は植物の成長に適した値（6 士 0．5）に安定することが明かとなった。
(1)松林 勝志, 中川 文寛, 小坂 敏文, 三谷 知世, 207 汚水を出さない魚と野菜の同時生産(アクアポニックス)システムに関する研究 : 水質調整の早期完了からシステムの運用まで(循環型廃棄物処理技術(2),資源循環・廃棄物処理技術), 環境工学総合シンポジウム講演論文集/2008.18 巻 (2008)
pHがものすごく低い飼育水だったら草木灰をちょっと入れて様子を見るくらいでいいです。なお草木灰を入れないとカリウムの面で不安ですが、pHが中性よりアルカリ側に偏ると魚も作物も基本的に生育できないので、pHを測って酸性の度合いが低ければ、つまりほぼ中性なら入れないほうが無難です。
カリウムの供給【塩化カリウムと第一リン酸カリ】
ところでpHが観賞魚水槽で減少するなら直接水槽に草木灰などのアルカリ資材を投入すれば水槽だけでシステムが完結するのではないか、と考えるかもしれません。実際そうしたアプローチは存在して、以下の文献ではリン酸二カリウムをアルカリ資材としてpH緩衝液にしています。
食品添加物で表1の濃度でpH緩衝液を構成したところ，硝化サイクル完成課程では酸性側に傾くものの，完成後は植物の成長に適した値（6 士 0．5）に安定することが明かとなった。
(1)松林 勝志, 中川 文寛, 小坂 敏文, 三谷 知世, 207 汚水を出さない魚と野菜の同時生産(アクアポニックス)システムに関する研究 : 水質調整の早期完了からシステムの運用まで(循環型廃棄物処理技術(2),資源循環・廃棄物処理技術), 環境工学総合シンポジウム講演論文集/2008.18 巻 (2008)
当サイトでは水槽上面に大きな装置を乗せたくない、多種多様な熱帯魚のアクアリウムの場合、水質敏感な種は多いためアルカリ資材の投入は魚への安全性が担保できないという視点で、水槽から離れた場所での固形培地栽培のような水耕栽培に利用することにしています。当サイトのやり方なら魚の飼育水槽でやっていることは通常の水換えと同じなのでアルカリ資材の投入の魚への影響を考慮しなくて済みます。
また文献(1)の中でカリウム添加材として塩化カリウムも利用しています。
（3）は強酸と強塩基の塩で中性であり，必要量の4倍である1.2gまで投入してもpHの変動はほとんど認められなかった。
文献(1)より
つまり飼育水のpHが中性付近で酸性寄りではなかった場合、中性の物質である塩化カリウムをカリウム肥料として草木灰の代わりに溶かせばよさそうです。塩化カリウム自体は農業用肥料で売っているので探してみるとよいでしょう。
ところが塩化カリウムは塩素を含んでいるためにんじんなどでは良い影響がありますがイチゴなどとは相性が悪くおすすめできません。
そこで中性の飼育水だった場合それを少し酸性にするカリウム液肥というのが売られています。第一燐酸カリで上の、文献(1)でも利用されています。
第一リン酸カリ（リン酸一カリウム・リン酸二水素カリウム・KH2PO4）はリン酸とカリウムを提供するので飼育水のリン酸がやや過剰になりますが、リン酸は過剰障害が出にくいので塩化カリウムで塩素の影響をあれこれ考えるより使いやすいでしょう。用法用量は製品パッケージの説明に従ってください。
草木灰と塩化カリウム以外は混ぜないほうがいい
なお草木灰と塩化カリウム（塩化加里）、第一燐酸カリをpHに応じて併用する場合、どれかが溶けた溶液に他方を混ぜることになり、それらを混ぜてもよいのか、という話になります。
塩化カリウムと草木灰の混合はよいのですが第一燐酸カリとの相性がはっきりしないので第一燐酸カリを投入するときは注意しましょう。
参考：７ 肥料の配合の可否, 農林水産省
なお溶液を掃除して草木灰と第一リン酸カリを使い分ける場合、土などに以前の溶液が染み込んで残っている場合があり、結局混ざってしまうため、pHを見ながらどちらにするか毎回決めるみたいなやり方はおすすめしません。3週間くらいかけて水槽の飼育水のpHを測ってみて、酸性に結構傾くなら草木灰だけ、中性付近に落ち着いていることが多いなら第一リン酸カリだけにするなどどちらか一本でシステムを回したほうがよいでしょう。
カリウム供給資材の必要量の計算
草木灰に関してはカリウムの必要量から計算するよりpHの変動要因のほうが重要なので、そちらを重視したほうがよいでしょう。とはいえカリウムの適正値から計算する方法も一応記します。
草木灰は一様な原料から作られるわけではないので多少変動しますが、カリウムの量はおよそ7%程度と考えられます。（参考：果樹栽培ナビ, 草木灰の効果と使い方）
すると文献(1)のカリウム目標値が350ppm(mg/L＝ppmと考えられえる)なので必要な草木灰の量をx[mg]として500mL飼育水の場合
x×0.07÷0.5=350→x=350×0.5÷0.07=2500[mg]=2.5[g]
と算出されます。
しかしながら2.5gも溶かしたらpHはそれなりにアルカリになります。
実験してみました。500mLでpH6.5だった飼育水に草木灰一つまみ約0.5gを入れて混ぜるとpHは6.5で変わらず。
250mLに二つまみ約1gを溶かすとpHは7.0になりました。250mLに1gは350ppmとほぼ同じカリウム濃度です。
このことからも草木灰はある程度pHを上げるのである程度、つまりpH6.0程度まで酸性化した飼育水を利用した方が良いことがわかります。
pH6.5程度の飼育水なら草木灰を適量の4分の1程度に減らしたほうが無難でしょう。カリウムが足りない症状が出るようなら第一リン酸カリなどを使いましょう。
次はどのくらい塩化カリウムを投入すればよいかという話ですが、文献(1)によると500mL溶液に0.3gで目標値の350ppm(mg/L＝ppmと考えられえる)とあるので、塩化カリウムの濃度をx%と考えると
300[mg]×(x×0.01)÷0.5[L]=350
x=350×0.5÷(300×0.01)=58
肥料用の塩化カリウムの濃度はだいたい60%くらいなので肥料用の塩化カリウムを使えばよさそうです。
そして第一リン酸カリ。これは製品の種類に応じてカリウム含有率が違うので、製品パッケージに従ってください。500倍に薄めるとか書いてあります。1ccは1mLなので、500mLの飼育水なら1cc入れればよいでしょう。
ただし私の環境では塩化カリウムと第一燐酸カリでの実験はしていないため試す場合は自己責任となります。ご注意ください。
まとめると
- 飼育水が酸性なら草木灰
- 中性なら塩化カリウムか第一燐酸カリ
- 中性で塩素を嫌う作物なら第一燐酸カリ
- 第一燐酸カリは塩化カリウムや草木灰と混ぜない
なお水耕栽培の溶液にする飼育水のpHが下がりすぎるのでなんとかする方法を考えていますが、観賞魚の水槽には通常の水換えのように新しい水道水を入れるので観賞魚の水槽のpHは中性付近になるのであまり心配する必要はありません。
微量元素
次に微量元素。魚粉にはある程度含まれています。
養魚飼料の主要原料である各種魚粉には各種微量元素を含む無機質が豊富に含まれている(表1)。22)
佐藤 秀一, 魚類における微量元素の利用性に関する研究, 日本水産学会誌 60 (2), 147-152, 1994
微量元素が含まれているのであまり心配はいらないかもしれませんが、必要量に満たない場合欠乏症状が現れるので、私は保険としてリキダスという活力剤を少し作物用に確保した飼育水に混ぜています。
実際に作物は育つのか
実験としてラディッシュと小松菜を今回の飼育水と草木灰のみで育ててみました。
種をまいた小松菜はスクスクと成長していきます。
そして種まきから一か月半で収穫を迎えました。なおこのくらいに成長すると作物が水を吸うので毎日コップ一杯くらいの足し水が必要です。
ラディッシュは以下のようなものが獲れました。
小松菜とラディッシュは小ぶりでしたが、これは肥料不足というよりは5月に入って日光の照射角度が高くなって室内に太陽光が入りにくくなったことによる光合成不足もあると思います。
室内で温かいというメリットを最大限に活かすなら秋から春での利用をおすすめします。
もちろん夏でも室内・室外で太陽が当たる場所があるなら防虫ネットなどを利用して育成することは可能です。
まとめ【アクアポニックスもどきなら割と簡単に水耕栽培の肥料を確保できる】
今回は家庭のアクアリウムで実施するにはアクアポニックスは結構難しいという話をした後、魚の飼育水槽と栽培層を分離することで簡単に飼育水を利用できるという話をしました。
今回の方法なら従来のアクアポニックスの課題がある程度改善できます。
特別な設備も不要なので、もしご家庭でアクアリウムを趣味にされているなら今回ご紹介したアクアポニックスみたいな方法を取り入れて水耕栽培での家庭菜園に取り組んでみるのもいいんじゃないでしょうか。
