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

Aktenzeichen 27708/02
Zusammenfassung / Abstract:
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Projektträger: Erwin Sander Elektroapparatebau GmbH
Am Osterberg 22
31311 Uetze
weitere Projekte aus der Umgebung
Telefon: -
Internet: http://www.aqua-sander.de
Bundesland: Niedersachsen
Beschreibung:
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Gegenstand des Gesamtprojektes AZ 27708/01 - /03 ist 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 der ersten Projektphase wurden zwei Halophyten-Arten, A. tripolium und P. coronopus, sowohl grundlegend im Labor als auch unter aquakulturtypischen Bedingungen im Gewächshaus untersucht. Die Ergebnisse zeigten generell die Machbarkeit der Wiederverwertung von Nährstoffen aus Aquakultur auf. In der zweiten Projektphase wurde die typischerweise nutzbare Vegetationsperiode mit Hilfe künstlicher Beleuchtung und einer Temperaturkontrolle im Gewächshaus auf die Wintermonate ausgedehnt. Dafür wurden weiterführende experimentelle Untersuchungen in den mit künstlichen Feuchtgebieten versehenen Kreislaufsystemen am Standort Völklingen (HTW) durchgeführt. In diesem Zeitraum wurde noch eine weitere Halophyten?Art (Salicornia spp.), die von der LUH vorgezogen wurde, in das Messprogramm der HTW aufgenommen. Des Weiteren wurden an der LUH der Einfluss verschiedener abiotischer Faktoren, wie z. B. Salzgehalt, Verfügbarkeit von Spurenelementen, verschiedene Lichtregime etc., auf die im Projekt identifizierten Halophytenarten untersucht. 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. An der LUH wurden neben den bereits beschriebenen Arten zahlreiche neue Arten, wie z.B. Atriplex portulacoides, Spartina spp., Mertensia maritima, auf ihre Eignung in künstlichen Feuchtgebieten untersucht.


Ergebnisse und Diskussion

Die zweite Projektphase zeigte, dass durch eine künstliche Beleuchtung auch im Winter annehmbare Wachstumsraten erzielt werden können, auch wenn diese geringer als in den Sommermonaten waren. Dafür bedarf es jedoch einer zusätzlichen Beleuchtung und einer Temperaturkontrolle. Die kommerzielle Umsetzung war bisher noch nicht Bestandteil der Untersuchungen und wird seit Januar 2012 im Rahmen der dritten Projektphase intensiver beleuchtet. Während des bisherigen Projektverlaufes wurden die hauptsächlich verwendeten Arten, Strandaster und Wegerich auch erfolgreich in hydroponischer Kultur angezogen. Die Biomassezunahme ist in der Hydrokultur höher als in der Sandkultur. Die Leistung der Halophyten als Biofilter war im Vergleich zu Sandkulturen deutlich besser zu quantifizieren, die Ernte der Pflanzen ist einfacher und sauberer. Die gesamte Handhabung hat sich zumindest im bisher untersuchten Maßstab als deutlich einfacher herausgestellt. Aus diesen Gründen sollen in der Projektweiterführung weitere Arten in hydroponischer Kultur kultiviert werden. Dazu gehören Crithmum maritimum, Atriplex crithmoides, Limonium vulgare und Spartina anglica. Alle Arten lassen sich recht gut in hydroponischer Kultur kultivieren. Dennoch wollen die Projektpartner vor allem die Filterleistung und Biomassebildung weiter verbessern. Ein Ansatz ist, die hydroponischen Kulturen mit Blähton zu versetzen. Basierend auf den bisherigen Ergebnissen aus den Arbeitspaketen liegt der Schwerpunkt der dritten Projektphase auf der Optimierung der hydroponischen Kulturen für verschiedene Arten, um möglichst viele Arten mit hoher Salztoleranz, hohem Filterpotential und Biomassezuwachs zu etablieren.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Nehring, S., Boestfleisch, C., Buhmann, A., Papenbrock J. (2012) The North American toxic fungal pathogen G3 Claviceps purpurea (Fries) Tulasne is established in the German Wadden Sea. BioInvasions Records 1: 5-10

Buhmann, A., & Papenbrock, J. Filtering of aquaculture effluents by halophytic plants: Basic principles, current uses and future perspectives. Environmental and Experimental Botany, invited review, eingereicht

Buhmann, A., & Papenbrock, J. Biofiltering of aquaculture effluents by halophytic plants: basics, current uses und future perspectives, Workshop Sustainable cultivation and exploitation of halophyte crops in a salinizing world, Amsterdam, Niederlande, 17.4- 19.4.2012, Vortrag


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 den ersten beiden Projektphasen wurden verschiedenen Halophyten-Arten, A. tripolium, P. coronopus, und Salicornia ssp. 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. Die zweite Projektphase zeigte, dass durch eine künstliche Beleuchtung auch im Winter annehmbare Wachstumsraten erzielt werden konnten. 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.

Förderzeitraum: 07.09.2011 - 06.01.2012 (4 Monate)
Fördersumme: 25.000,00
Förderbereich: I.1.1
Themengebiet: Umwelttechnik
Stichworte: Naturschutz, Umwelttechnik, Ressourcenschonung
Publikationen: