Διαχείριση νερού και θρεπτικών στοιχείων σε ενυδρειοπονικό σύστημα: πειραματική μελέτη και προσομοίωση

Abstract

The research on food production systems focuses on increasing the unit of food production per square meter of land without increasing the environmental impact. This is achieved by: 1) transitioning from intensive monocultures to polyculture systems offering greater biodiversity 2) saving water, 3) saving energy, and 4) saving nutrients. One system that combines all of the above characteristics is aquaponics. Aquaponics is a technology that combines the breeding of aquatic organisms in tanks with hydroponics - including microbiological processes - utilizing the solution from the aquatic organisms for plant fertilization. Aquaponics has been documented since ancient times and has undergone remarkable development over time. In the last decade, research and application trends have focused decoupled systems with a plant-centric approach. However, there are gaps in research that this paper aims to fill. The innovations presented are: 1) The comparison of nutritional profiles, plant yields, and indicators of water-fertilizer-nutrients use efficiency between coupled, decoupled aquaponics, and hydroponics as pilot-scale drip irrigation systems under the same environmental conditions. 2) The development of a simulation model (mg L-1) for six compounds-elements (nitrates, ammonia, phosphorus, potassium, calcium, and sodium) after training and evaluation separately in the RAS solution (water-soluble nutrient coefficients from Tilapia metabolism) and in the drainage solution (nutrient absorption coefficients) in a pilot-scale coupled aquaponic system. 3) The development of scenarios for improved pilot scale decoupled aquaponic systems breeding Tilapia and cultivating Tomato focusing on keeping nitrate concentration in compatible range for both organisms and determining the maximum savings of nitrate fertilizers. A four-period experiment was carried out in the aquaponic system established within the climate-controlled greenhouse of the Laboratory of Agricultural Constructions and Environmental Control of the University of Thessaly facilities in Velestino. The greenhouse has a total ground area of 420 m2, which is divided into a 360 m2 hydroponic system and an 80 m2 recirculating aquaculture system (RAS) settled in a closed panel chamber. This is the first modern pilot decoupled aquaponic greenhouse built in Greece for research purposes in 2019. Climate control, irrigation, nutrient solution preparation, and water circulation management were all automated through control software and sensor systems. The total volume of RAS solution ranges from 6.6 to 7.1 m3, which is continuously recycled. The hydroponic subsystem is represented by drip irrigation with perlite substrate. During the 1st experimental period, basil seedlings (Ocimum basilicum cv. Genovese) were transplanted, in the 2nd cucumber plants (Cucumis sativus cv. Aisopos), in the 3rd parsley plants (Petroselinum crispum (Mill.)) and in the 4th tomato plants (Solanum lycopersicum cv. Kabrera). Plant cultivation was combined with Red tilapia (Oreochromis spp.) breeding in all experimental periods. Three treatments were applied concerning the nutrient solution irrigated to the hydroponic subsystem: (1) hydroponics (HP), (2) decoupled aquaponics (DCAP), and (3) coupled aquaponics (CAP). In HP, nutrient solution was represented by a standard hydroponic solution with standard nutrient concentrations. In DCAP, the nutrient solution consisted of RAS solution enriched with fertilizers up to standard hydroponic concentrations. In CAP, plants were irrigated with a pure RAS solution without the addition of fertilizers. In the 1st chapter of results, the nutrient profile and nutrient use efficiency of coupled and decoupled aquaponics was studied in comparison to hydroponics. According to the results, in the CAP treatment, only the leafy plants managed to absorb a sufficient amount of nutrients close to optimum levels, although the plants were irrigated with poor NS. On the other hand, the fruit-bearing vegetables performed poorly in terms of nutrient assimilation, with the possibility of negatively affecting the yield. All the crops in the CAP system, however, had the least impact on the environment among the systems with the highest NUE values. In the DCAP system, both leafy and fruit-bearing vegetables absorbed sufficient amounts of nutrients close to optimum levels. The special composition of the RAS solution highlighted DCAP treatment with ideal nutrient assimilation and greater nutrient use efficiency than HP. Meanwhile, the environmental impact of the DCAP system was lower than in conventional hydroponics. In the 2nd chapter of results, water and fertilizer use efficiency, yields and plant growth parameters between treatments were studied. The DCAP system was demonstrated as the most productive among CAP and HP systems. The CAP treatment resulted in the lowest yield and growth performance because of the nutrient deficiencies and non-optimal nutrient ratios in combination with non-optimal water quality parameters. On the other hand, CAP treatment had higher plant WUE and zero fertilizer consumption compared to the other treatments, followed by DCAP, indicating that aquaponics is more environmentally friendly system than hydroponics. Nevertheless, DCAP treatment was more productive and environmentally friendly compared to HP. The 3rd chapter of results, focuses on developing a model for nutrient management in decoupled aquaponic systems, integrating RAS and HP components. The model aims to predict the fluctuation of main ions in aquaponics, i.e., NO3-, NH3-, PO4-2, K+, Ca2+, and Na+, in both sub-systems RAS and hydroponic drainage solutions. The research involved calibration and validation through various crop cultivation cycles within the same aquaponics set-up with tilapia in RAS and hydroponics with basil, cucumber, parsley, and tomato. The model successfully predicts nutrient levels in an independent crop production cycle on tomato. However, the study also highlights challenges, such as the influence of factors like alkalinity, FA, pH values, biofilter efficiency and other microbial processes. The sensitivity analysis emphasizes the total volume loss as the most significant parameter driving the downward trend in nutrient concentration. Overall, the results emphasize the potential of this model to be applied as a tool for better design, managing, and efficiency of aquaponic systems. The findings reveal further factors and complexities of the RAS system that can be incorporated into the model for an upgraded version. In the 4th chapter of results, two case studies about decoupled aquaponic systems cultivating tomato and breeding tilapia are presented. The 1st case study (Σ1) concerns the addition of basil plants for the first 40 experimental days, to balance the low water requirements of tomatoes. The 2nd case study, involves the addition of tilapia fish, from the 40th day after transplanting (DAT40) until the end of the cultivation period, for balancing the high water requirements of tomatoes. The two case studies were managed to maintain the nitrate concentration stable at 500 mg L-1 to avoid nitrate toxicity in tilapia and achieve maximum nitrate fertilizer savings for the hydroponic subsystem. Maximum fertilizer savings compared to HP were calculated for potassium nitrate (100%), followed by magnesium nitrate (20-21%) and monopotassium phosphate (18-19%). However, the phosphorus and potassium concentrations demonstrated very low availability (18% and 5%, respectively), leading to disproportions of nutrient ratio in the RAS solution. Τhe Life Cycle Assessment (LCA) results, highlighted Σ1 as the best case study because of the reduction rates in all the environmental impact categories (EIC) compared to YΔ1 per kg of tomato yield. There was no reduction rates in the EIC compared to YΔ1 per kg of tilapia yield except for the EIC2. Consequently, the HP subsystem seems to be more environmentally friendly than the RAS and the expectation for the evolution of aquaponics as a plant-centric system is confirmed. The Σ2 case study system was stocked with greater tilapia biomass than Σ1, so there was a reduction only in EIC2 per kg of tilapia yield and none reduction in EIC per kg of tomato yield. Nevertheless, the contribution of the systems Σ1 and Σ2 to the EIP is greater than YΔ1 and YΔ2 for energy and fish feed and these are the factors that have to be improved in the future for better efficiency. According to the developed simulation model, the improvement of the aquaponic system focuses on balancing nutrient inputs and outputs by adding plants or fish according to the system's needs. Additional techniques for improving phosphorus and potassium nutrients in the RAS are considered imperative for future research, as the increase of energy efficiency in order to improve the environmental impact of aquaponics compared to hydroponics. In conclusion, based on the literature and the contribution of this study, the application of pilot-scale aquaponics is recommended to be decoupled with a plant-centric approach for better yields and less environmental impact compared to hydroponics . The application of the simulation model is also crucial for the appropriate rescaling of nutrient inputs and outputs and the maximum possible fertilizer savings compared to hydroponics.

Η έρευνα συστημάτων παραγωγής τροφής επικεντρώνεται σε συστήματα που αυξάνουν την παραγόμενη μονάδα τροφής ανά μονάδα επιφάνειας εδάφους χωρίς να αυξάνουν την περιβαλλοντική επιβάρυνση. Προς αυτή την κατεύθυνση, οι επιμέρους στόχοι είναι: 1) η μετάβαση από εντατικές μονοκαλλιέργειες σε πολυκαλλιεργητικά συστήματα οδηγώντας σε μεγαλύτερη βιοποικιλότητα 2) η εξοικονόμηση νερού, 3) η εξοικονόμηση ενέργειας και 4) η εξοικονόμηση θρεπτικών. Ένα σύστημα που περιλαμβάνει όλα τα παραπάνω χαρακτηριστικά είναι η ενυδρειοπονία. Ενυδρειοπονία είναι μια τεχνολογία που συνδυάζει την εκτροφή υδρόβιων οργανισμών με την υδροπονία - συμπεριλαμβανομένων μικροβιακών διεργασιών - αξιοποιώντας το διάλυμα των υδρόβιων οργανισμών για την υδρολίπανση των φυτών. Η ενυδρειοπονία έχει αναφορές από την αρχαιότητα και είναι αξιοσημείωτη η εξέλιξη της στο χρόνο. Δύο είναι οι τύποι συστημάτων το συζευγμένο (πλήρης ανακύκλωση νερού στα υποσυστήματα υδροπονίας και ιχθυοκαλλιέργειας) και το μη συζευγμένο (ανεξάρτητη ανακύκλωση νερού στα υποσυστήματα υδροπονίας και ιχθυοκαλλιέργειας). Την τελευταία δεκαετία η τάση έρευνας και εφαρμογής της είναι η το μη συζευγμένο σύστημα με φυτοκεντρική κατεύθυνση. Παρόλα αυτά εντοπίζονται κενά έρευνας, τα οποία φιλοδοξεί να καλύψει η παρούσα εργασία. Ο στόχος της διατριβής ήταν η πειραματική μελέτη και προσομοίωση της διαχείρισης νερού και θρεπτικών στοιχείων σε ενυδρειοπονικά συστήματα πιλοτικής κλίμακας. Προκειμένου να επιτευχθεί αυτός ο στόχος τέθηκαν οι εξής επιμέρους στόχοι/κατευθύνσεις έρευνας που αποτελούν και τις καινοτομίες της διατριβής: 1) Η σύγκριση θρεπτικού προφίλ, αποδόσεων φυτών και δεικτών αποτελεσματικότητας χρήσης νερού, λιπασμάτων και θρεπτικών μεταξύ συζευγμένης, μη συζευγμένης ενυδρειοπονίας και υδροπονίας με σύστημα καλλιέργειας στάγδην άρδευση πιλοτικής κλίμακας κάτω από τις ίδιες περιβαλλοντικές συνθήκες. 2) Η ανάπτυξη προσομοιώματος συγκέντρωσης (mg L-1) έξι στοιχείων (νιτρικά, αμμωνία, φώσφορο, κάλιο, ασβέστιο και νάτριο) μετά από εκπαίδευση και αξιολόγηση χωριστά στο διάλυμα ιχθυοκαλλιέργειας (συντελεστές υδατοδιαλυτού θρεπτικού από το μεταβολισμό Τιλάπιας) και στο διάλυμα απορροής (συντελεστές απορρόφησης στοιχείων) σε συζευγμένο σύστημα πιλοτικής κλίμακας, 3) η ανάπτυξη σεναρίων βελτίωσης μη συζευγμένου ενυδρειοπονικού συστήματος (τιλάπια-τομάτα) πιλοτικής κλίμακας ως προς τη βέλτιστη και ισόρροπη συγκέντρωση νιτρικών που μπορεί να εξασφαλίσει ταυτόχρονα την ευζωία ψαριών και την ανάπτυξη φυτών οδηγώντας και στην μέγιστη δυνατή εξοικονόμηση επιμέρους νιτρικών λιπασμάτων για ένα μη συζευγμένο ενυδρειοπονικό σύστημα. Το πειραματικό μέρος πραγματοποιήθηκε στο υπερσύγχρονο θερμοκήπιο ενυδρειοπονίας πιλοτικής κλίμακας του Εργαστηρίου Γεωργικών Κατασκευών και Ελέγχου Περιβάλλοντος στις εγκαταστάσεις του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας στο Βελεστίνο. Η έκταση της κατασκευής είναι 440 m2 με υδροπονική μονάδα (359,5 m2) και σύστημα ιχθυοκαλλιέργειας εγκατεστημένο σε ειδικά διαμορφωμένο χώρο (80,5 m2), σε κλειστό θάλαμο με πάνελ ελεγχόμενων συνθηκών. Πρόκειται για το πρώτο σύγχρονο πιλοτικό μη-συζευγμένο ενυδρειοπονικό θερμοκήπιο που κατασκευάστηκε στην Ελλάδα για ερευνητικούς σκοπούς το 2019. Ο κλιματικός έλεγχος, η άρδευση, η παρασκευή θρεπτικών διαλυμάτων αλλά και η διαχείριση της κυκλοφορίας του νερού πραγματοποιείται αυτόματα μέσα από λογισμικά ελέγχου και συστήματα αισθητήρων. Ο συνολικός όγκος νερού ιχθυοκαλλιέργειας κυμαίνεται 6,6-7,1 m3, το οποίο ανακυκλώνεται συνεχώς. Η καλλιέργεια φυτών έγινε σε υπόστρωμα περλίτη αντιπροσωπεύεται με στάγδην άρδευση. Το πειραματικό μέρος αποτελούνταν από τέσσερα πειράματα με την 1η περίοδο να αφορά καλλιέργεια βασιλικού (Ocimum basilicum cv. Genovese), τη 2η καλλιέργεια αγγουριού (Cucumis sativus cv. Aisopos), την 3η καλλιέργεια μαϊντανού (Petroselinum crispum (Mill.)) και την 4η καλλιέργεια τομάτας (Solanum lycopersicum cv. Kabrera). Σε όλους τους πειραματικούς κύκλους η καλλιέργεια φυτών συνδυάστηκε με εκτροφή τιλάπιας, (red tilapia, Oreochromis spp.). Σε όλες τις καλλιεργητικές περιόδους τρεις διαφορετικές μεταχειρίσεις θρεπτικού διαλύματος εφαρμόστηκαν με δύο επαναλήψεις: (1) υδροπονία (HP), (2) μη συζευγμένη ενυδρειοπονία (DCAP) και (3) συζευγμένη ενυδρειοπονία (CAP). Στην υδροπονία τα φυτά λιπαίνονταν με 100% φρέσκο διάλυμα που αντιπροσωπεύει το πρότυπο διάλυμα υδροπονίας με πρότυπες συγκεντρώσεις θρεπτικών για το κάθε καλλιεργούμενο είδος. Στην μεταχείριση DCAP το θρεπτικό διάλυμα αποτελούνταν από διάλυμα ιχθυοκαλλιέργειας εμπλουτισμένο με λιπάσματα, μέχρι οι συγκεντρώσεις θρεπτικών να φτάσουν τις αντίστοιχες πρότυπες υδροπονικές. Στην μεταχείριση CAP τα φυτά ποτίζονταν με καθαρό διάλυμα ιχθυοκαλλιέργειας χωρίς την προσθήκη λιπασμάτων. Στην 1η ενότητα μελετήθηκε το θρεπτικό προφίλ και η αποδοτικότητα χρήσης θρεπτικών συζευγμένης και μη συζευγμένης ενυδρειοπονίας σε σύγκριση με την υδροπονία. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα μόνο οι CAP φυλλώδεις καλλιέργειες (βασιλικός, μαϊντανός) αφομοίωσαν θρεπτικά κοντά στα ιδανικά όρια παρόλο που το θρεπτικό διάλυμα CAP παρουσίαζε ελλείψεις θρεπτικών και ανισορροπίες ενώ στις καρποδοτικές (αγγούρι, τομάτα) η αρνητική επίδραση ήταν εμφανής. Παρόλα αυτά όλες οι καλλιέργειες CAP παρουσίασαν μεγαλύτερη αποδοτικότητα χρήσης θρεπτικών. Στην μεταχείριση DCAP και οι φυλλώδεις και οι καρποδοτικές καλλιέργειες αφομοίωσαν θρεπτικά κοντά στα ιδανικά επίπεδα. Η ιδιαίτερη σύσταση του διαλύματος ιχθυοκαλλιέργειας είχε θετική επίδραση στα φυτά της DCAP μεταχείρισης που παρουσίασαν καλύτερη αποδοτικότητα χρήσης θρεπτικών από τα υδροπονικά. Στην 2η ενότητα μελετήθηκε η αποδοτικότητα χρήσης νερού και λιπασμάτων, οι αποδόσεις και οι παράμετροι ανάπτυξης φυτών. Η μεταχείριση DCAP ήταν η πιο αποδοτική και για τις φυλλώδεις αλλά και για τις καρποδοτικές καλλιέργειες συγκριτικά με τις άλλες δύο μεταχειρίσεις. Αντιθέτως η μεταχείριση CAP παρουσίασε τις χαμηλότερες αποδόσεις για όλες τις καλλιέργειες εξαιτίας συνδυασμού παραμέτρων ελλείψεων θρεπτικών, ανισορροπιών στις αναλογίες και στις παραμέτρους ποιότητας νερού. Παρόλα αυτά η CAP εμφάνισε τη μεγαλύτερη αποδοτικότητα χρήσης νερού (water use efficiency, WUE) και μηδενική χρήση λιπασμάτων συγκριτικά με τις DCAP και HP. Επιπλέον και η DCAP εμφάνισε μεγαλύτερο δείκτη WUE από την HP αποδεικνύοντας για ακόμη μια φορά ότι το διάλυμα ιχθυοκαλλιέργειας βελτιώνει το περιβαλλοντικό προφίλ των συστημάτων. Η μεταχείριση DCAP αποδείχθηκε η πιο αποδοτική και βιώσιμη συγκριτικά με την υδροπονία για αυτό και ανάγεται σε κλειδί εξέλιξης της ενυδρειοπονίας τα επόμενα χρόνια. Η 3η ενότητα εστίασε στην ανάπτυξη προσομοιώματος ροής θρεπτικών στοιχείων (NO3-, NH3-, PO4-2, K+, Ca2+ και Na+) σε συζευγμένο ενυδρειοπονικό σύστημα πιλοτικής κλίμακας με επιμέρους προσομοιώσεις στα υποσυστήματα ιχθυοκαλλιέργειας και υδροπονίας. Σκοπός είναι η παρακολούθηση και ο ακριβής έλεγχος της συγκέντρωσης τους. Η παρουσίαση περιλαμβάνει την εκπαίδευση και αξιολόγηση του προσομοιώματος για τέσσερις συζευγμένες ενυδρειοπονικές καλλιέργειες βασιλικού, αγγουριού, μαϊντανού και τομάτας. Μέσα από την εκπαίδευση του προσομοιώματος προέκυψαν συντελεστές υδατοδιαλυτής μορφής των στοιχείων NO3-, PO4-2, K+, Ca2+ και Na+ επιβεβαιώνοντας προηγούμενες έρευνες για τα NO3- και PO4-2 αλλά και συμπληρώνοντας αποτελέσματα των ελάχιστων υπαρχουσών ερευνών για τα στοιχεία K+, Ca2+ και Na+. Τα αποτελέσματα της 3ης ενότητας αποδεικνύουν την εγκυρότητα και ακρίβεια του προσομοιώματος, ενώ επιβεβαιώνουν την δυνατότητα για περαιτέρω βελτίωση του διαλύματος ιχθυοκαλλιέργειας και αποδόσεων φυτών και ψαριών. Επιπλέον η 3η ενότητα εμβαθύνει στην αλληλεπίδραση παραμέτρων ποιότητας νερού, τροφής ψαριών και τεχνικών διαχείρισης του συστήματος όπως οι ανανεώσεις νερού. Η ανάλυση ευαισθησίας που παρουσιάστηκε επίσης στην ενότητα αυτή για τους τρεις κύριους παράγοντες διακύμανσης θρεπτικών (ποσότητα τροφής, όγκος νερού ύδρευσης και συνολικός όγκος απώλειας) ανέδειξε τον παράγοντα του συνολικού όγκου απώλειας νερού ως υπεύθυνο για την πτωτική πορεία των συγκεντρώσεων και των πέντε υπό μελέτη θρεπτικών. Αρκετά ζητήματα αλληλεπιδράσεων και μικροβιακών διεργασιών εντοπίστηκαν και επιβεβαιώθηκαν από το προσομοίωμα αναδεικνύοντας την ανάγκη αναβάθμισης του προσομοιώματος ώστε να προβλέπει τη διακύμανση αλκαλικότητας, συγκέντρωσης μαγνησίου αλλά και την παρουσία μικροοργανισμών ανοργανοποίησης και συνθηκών τοξικότητας των ψαριών. Παρόλα αυτά το εργαλείο αυτό που αναπτύχθηκε στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής μπορεί να αξιοποιηθεί για τον κατάλληλο σχεδιασμό και αναδιαστασιολόγηση των ενυδρειοπονικών συστημάτων, την κατάλληλη διαχείριση νερού αλλά και τη πρόβλεψη ανωμαλιών σε παραμέτρους ποιότητας νερού. Στην 4η ενότητα μελετήθηκαν δύο σενάρια βελτίωσης του μη συζευγμένου ενυδρειοπονικού συστήματος για την καλλιέργεια τομάτας με εκτροφή τιλάπιας. Το Σενάριο 1 (Σ1) αφορούσε την προσθήκη επιπλέον φυτών βασιλικού τις 40 πρώτες πειραματικές μέρες για να εξισορροπηθούν οι χαμηλές ανάγκες της τομάτας σε νερό, ενώ το Σενάριο 2 (Σ2) την προσθήκη ιχθυδίων τιλάπιας από την 40η ημέρα μετά τη μεταφύτευση (DAT40) και μετά για να εξισορροπηθούν οι μεγάλες ανάγκες της τομάτας σε νερό. Τα δύο σενάρια κατάφεραν να οδηγήσουν σε σταθερή συγκέντρωση νιτρικών (500 mg L-1) ώστε να αποφευχθεί η τοξικότητα τους για την τιλάπια αλλά και να επιτευχθεί η μέγιστη εξοικονόμηση νιτρικών λιπασμάτων για το υδροπονικό σύστημα. Η μέγιστη εξοικονόμηση συγκριτικά με τις αντίστοιχες υδροπονικές μεταχειρίσεις για το Σενάριο 1 (ΥΔ1) και 2 (ΥΔ2) παρουσιάστηκε στο νιτρικό κάλιο με 100%, στη συνέχεια στο νιτρικό μαγνήσιο (20-21%) και στο μονοφωσφορικό κάλιο (18-19%). Παρόλα αυτά οι συγκεντρώσεις στοιχείων φωσφόρου και καλίου εμφάνισαν πολύ χαμηλά ποσοστά επάρκειας (18% και 5% αντίστοιχα) επιδρώντας και στις αναλογίες θρεπτικών στο διάλυμα ιχθυοκαλλιέργειας όπου εμφάνισαν μεγάλες ανωμαλίες. Σύμφωνα με την Εκτίμηση Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων (ΕΠΕ) το Σ1 αποδείχθηκε το καλύτερο σενάριο βελτίωσης παρουσιάζοντας ποσοστά μείωσης όλων των περιβαλλοντικών κατηγοριών συγκριτικά με την ΥΔ1 ανά παραγόμενη μονάδα τομάτας. Η ανάλυση ανά μονάδα παραγόμενης τιλάπιας ανέδειξε μείωση μόνο στην Κατηγορία Περιβαλλοντικής Επίδρασης (ΚΠΕ) 2 αναδεικνύοντας την ιχθοκαλλιέργεια ως πιο επιβαρυντική στο περιβάλλον συγκριτικά με την υδροπονία και υποστηρίζοντας την εξέλιξη της ενυδρειοπονίας ως φυτοκεντρικό σύστημα. Αυτός είναι μάλλον και ο πιθανός λόγος που το Σ2 με μεγαλύτερη βιομάζα τιλάπιας δεν παρουσίασε την ίδια περιβαλλοντική εικόνα με το Σ1. Παρόλα αυτά η συνεισφορά των σεναρίων μη συζευγμένης ενυδρειοπονίας (Σ1 και Σ2) συνολικά ως σύστημα συνεισφέρει σε μεγαλύτερο ποσοστό στις ΚΠΕ συγκριτικά με το υδροπονικό σύστημα (ΥΔ1 και ΥΔ2), κάτι που αποδίδεται στην μεγαλύτερη κατανάλωση ενέργειας του συστήματος ιχθυοκαλλιέργειας. Αξιοποιώντας το αναπτυχθέν προσομοίωμα της παρούσας διατριβής προτείνεται η βελτίωση του ενυδρειοπονικού συστήματος να εστιάζει στην εξισορρόπηση εισροών-εκροών θρεπτικών με την προσθήκη φυτών ή ψαριών ανάλογα με τις ανάγκες του συστήματος. Επιπλέον η ανάπτυξη τεχνικών βελτίωσης των συγκεντρώσεων φωσφόρου και καλίου στο σύστημα ιχθυοκαλλιέργειας κρίνεται επιτακτική ως αντικείμενο μελλοντικών ερευνών. Τέλος η αύξηση αποδοτικότητας χρήσης ενέργειας για τα ενυδρειοπονικά συστήματα είναι απαραίτητη ώστε να βελτιωθεί το περιβαλλοντικό τους αποτύπωμα συγκριτικά με την υδροπονία. Συμπερασματικά, με βάση τα αποτελέσματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής, η εφαρμογή της ενυδρειοπονίας πιλοτικής κλίμακας προτείνεται να είναι μη συζευγμένη με φυτοκεντρική κατεύθυνση, εξασφαλίζοντας έτσι καλύτερες αποδόσεις των καλλιεργειών, αλλά χαμηλότερες περιβαλλοντικές επιβαρύνσεις συγκριτικά με την υδροπονία. Η εφαρμογή του αναπτυχθέντος προσομοιώματος επίσης είναι καθοριστική για την κατάλληλη αναδιαστασιολόγηση εισροών-εκροών θρεπτικών συστατικών και την μέγιστη εξοικονόμηση λιπασμάτων που είναι δυνατή συγκριτικά με την υδροπονία.