Projekt 27708/01

Förderinitiative Aquakultur: Biologische Abwasserreinigung durch die integrierte Kultur von Halophyten in landbasierten marinen Kreislaufanlagen für die Fischzucht (erste Phase)

Projektträger

Erwin Sander Elektroapparatebau GmbH
Am Osterberg 22
31311 Uetze
Telefon: 0 51 73 / 971 125

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Gegenstand des Vorhabens war die biologische Abwasserreinigung in marinen Kreislaufanlagen durch die integrierte Kultur von salztoleranten Pflanzen (Halophyten) in künstlichen Feuchtgebieten. Obwohl die Wasserneuerungsraten moderner Kreislaufanlagen unter 1% des Systemvolumens pro Tag betragen, besteht ein ökologisches als auch ökonomisches Interesse, das vorwiegend bei der Feststoffseparation anfallende Abwasser wiederzuverwerten. Dieser Recyclingvorgang wurde durch die an die Anlage angeschlossenen Feuchtgebiete mittels Halophyten verwirklicht. Die Wasseraufbereitung geschieht im Wesentlichen durch ein Zusammenwirken von Filtermaterial (mechanische Reinigung), durch das Aufnehmen, Umwandeln oder Abbauen der Wasserinhaltsstoffe durch Bakterien sowie die Nährstoffaufnahme im Rahmen des Pflanzenwuchses (biologische Reinigung), der Adsorption an Bodenteilchen (physikalische Reinigung) sowie durch Fällungsreaktionen zwischen den Wurzeln (chemische Reinigung).


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn dem Vorhaben wurden über einen Zeitraum von einem Jahr Grundlagen erarbeitet, um die Produktion von Halophyten in künstlichen Feuchtgebieten mit der landbasierten Produktion von Meeresfischen zu kombinieren. Beispielsweise benötigen verschiedene Halophytenarten unterschiedliche Keimungs- und Wachstumsbedingung und haben unterschiedliche Ansprüche an Licht-, Bewässerung, Nährstoffe und Salzgehalt. So ging es in der ersten Projektphase zunächst um die Saatgutbeschaffung, Keimung und Kulturbedingung unterschiedlicher Halophytenarten. Desweiteren wurde in einem Gewächshaus ein Versuchsaufbau mit Lysimetern etabliert. Darin wurde für unterschiedliche Halophytenarten die Eignung verschiedener Beleuchtungen und Bewässerungszeiten untersucht sowie die mögliche Dauer einer Kultur. In einem weiteren Versuch wurden die ansonsten mit Kies und Sand gefüllten Lysimeter teilweise zur Hydrokultur umfunktioniert um zu untersuchen, welche Kulturform sich in Hinblick auf Biomasseprodukti-on und Biofiltration besser eignet. In Hydrokulturversuchen in kleinerem Maßstab wurde die Salztoleranz ausgelotet und untersucht, ob durch den Einsatz von Prozesswasser während des Wachstums der Pflanzen ein Mangel an Mikronährstoffen entsteht. In den Versuchen spielte unter anderem die Messung von Stickstoff, Phosphor und Eisen im Wasser, sowie die Bestimmung von Biomasse, der N- und P-Gehalt in getrocknetem Pflanzenmaterial und Chlorophyll-Fluoreszenz als Indikator für Stress eine Rolle.


Ergebnisse und Diskussion

Die folgenden Arten, Aster tripolium, Plantago coronopus, Salicornia ssp., Artemisia maritima, Crithmum maritimum und Limonium vulgare wurden in Hinblick auf Saatgutbeschaffung, Keimung und Anzucht auf ihre Eignung als experimentelle Versuchsarten untersucht. Auf Basis dieser Untersuchungen sowie Vorversuchen wurden die Arten Aster tripolium (Strandaster) und Plantago coronopus (Krähenfußwegerich) ausgewählt. In umfangreichen Laborversuchen wurden die grundlegenden Umweltbedingungen für diese Arten erarbeitet, die in anschließenden aquakulturtypischen Freilanduntersuchungen umgesetzt wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass ein Biomassezuwachs von bis zu 160 g m-2 pro Woche bei einer Nitrat-Stickstoffaufnahme von bis zu 900 mg m-2 pro Tag und einer Phosphataufnahme von bis zu 20 mg m-2 pro Tag möglich ist. Es hat sich herausgestellt, dass eine Zusatzbeleuchtung mit Natriumdampflampen im Winter notwendig ist, um gutes Biomassewachstum zu erzielen, sowie Temperaturen von 20 °C tagsüber und 15 °C nachts. Die eingesetzten Arten wiesen eine Salztoleranz von bis zu 1,75 % und 3 % auf und eine Zugabe von Eisen scheint je nach Art, Bewässerungsmenge und Zusammensetzung des Prozesswassers erforderlich.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Halophyten in landbasierten marinen Kreislaufanlagen für die Fischzucht (erste Phase). Vortrag, Anne Buhmann und Verena Hanke, 08.06. - 09.06.2011

EU COST Training School, Putting halophytes to work - from genes to ecosystems. The biotechnological potential of salt-tolerant plants. Presentation and guided tour to the experiments setup, Jutta Papenbrock und Anne Buhmann, 03.07. - 10.07.2011

Sommeruni in der Leibniz-Stadt (für interessierte Bürger und Bürgerinnen der Stadt und Region Hannover), Wozu Spargel im Meer? Vortrag mit Führung, Poster-Ausstellung und Kostprobe, Jutta Papenbrock und Anne Buhmann, 29.08. und 05.09.2011

11. Biomasse-Tagung Rheinland-Pfalz, Biomasseerzeugung durch Halophyten, Vortrag Uwe Waller, 10.11.2011


Fazit

Die Anwendung künstlicher Feuchtgebiete in der marinen Aquakultur wurde bisher nur vereinzelt untersucht. Dabei sind Halophyten als direkt vermarktungsfähiges Nahrungsmittel eine interessante Ergänzung zur Produktion mariner Speisefische - stellen somit ein weiteres vermarktungsfähiges Produkt dar.

In der ersten Projektphase wurden zwei Halophyten-Arten, A. tripolium und P. coronopus, sowohl grundlegend im Labor als auch unter aquakulturtypischen Bedingungen im Freiland untersucht. Die Ergebnisse zeigen generell die Machbarkeit der Wiederverwertung von Nährstoffen aus Aquakultur auf. Darüber hinaus erscheinen die sekundären Effekte, zum Beispiel die parallel in den Pflanzenreaktor ablaufenden Prozesse, die den pH-Wert stabilisieren, zusätzliche Argumente für eine Integration von Halophyten in marine Produktionskreisläufe zu sein.

Ausgehend von den exkretierten Nährstoffen einer Fischproduktion von 100 t Fisch (Warmwasser) im Jahr können ca. 6 Tonnen Halophyten-Biomasse täglich produziert werden.