الزراعة المائية

يتكون نظام الزراعة المائية العميقة من أحواض كبيرة تحتوي على طوافات عائمة مثقبة، توضع فيها أواني نباتات شبكية. داخل هذا النظام، تُملأ هذه الأواني عادةً بمواد داعمة، مثل الصوف الصخري أو جوز الهند أو الخفاف، والتي تعمل على دعم الجذور، التي تُغمر باستمرار داخل خزان الماء. ^{[ 7 ]}

تتكون تقنية الغشاء المغذي من قنوات ضيقة من أنابيب مربعة مثقبة حيث يتم غمر الجذور جزئيًا في طبقة رقيقة من الماء المتدفق. ^{[ 7 ]}

يُعدّ حوض الزراعة المائية القائم على الوسط الغذائي نوعًا من أنظمة الزراعة المائية التي تستخدم حوضًا مملوءًا بمادة خاملة لدعم جذور النباتات وتوفير بيئة مناسبة للكائنات الحية الدقيقة المفيدة. وعادةً ما يتم توفير الماء في دورة غمر وتصريف (مد وجزر)، مما يوفر العناصر الغذائية والأكسجين للنباتات. ^{[ 7 ]}

باستخدام الحصى أو الرمل كوسط داعم للنباتات، يتم احتجاز المواد الصلبة، ويتمتع الوسط بمساحة سطحية كافية لعملية النترجة ذات الغشاء الثابت. وتتيح القدرة على الجمع بين الترشيح البيولوجي والزراعة المائية لأنظمة الزراعة المائية المتكاملة، في كثير من الحالات، الاستغناء عن الحاجة إلى مرشح بيولوجي منفصل ومكلف. ^{[ 8 ]}

يُعتقد أن النظام القائم على الوسط الغذائي أكثر كفاءة في استخدام النيتروجين لأنه يوفر نسبة حجم إلى مساحة سطح أكبر للميكروبات مقارنة بتقنية الطوافات في المياه العميقة أو تقنية الأغشية المغذية. ^{[ 6 ]}

يُقال إن الزراعة المائية المتكاملة قد تطورت من ممارسات زراعية قديمة نسبياً ارتبطت بدمج تربية الأسماك مع إنتاج النباتات، لا سيما تلك التي طُورت في سياق زراعة حقول الأرز المغمورة بالمياه في جنوب شرق آسيا، وممارسات زراعة الجزر العائمة (تشينامبا) في أمريكا الجنوبية (كوميفز ويونج، 2015). في الواقع، تاريخياً، نادراً ما كانت تُضاف الأسماك بشكل فعلي إلى حقول الأرز حتى القرن التاسع عشر (هالوارت وغوبتا، 2004)، وكانت موجودة بكثافة منخفضة للغاية لا تُسهم في أي دعم غذائي يُذكر للنباتات. بُنيت مزارع تشينامبا تقليدياً على بحيرات في المكسيك، حيث ربما كانت تُستمد العناصر الغذائية من رواسب البحيرة الغنية بالمغذيات أو شبه الغنية بها، بدلاً من الحصول عليها مباشرة من أي نظام مُصمم أو مُدمج لإنتاج الأسماك (موريهارت، 2016؛ باكيدانو، 1993). ^{[ 9 ]}

• ابتكر الأزتيك نظامًا زراعيًا يُعرف باسم "تشينامباس" ، وهو نظام يعتبره البعض شكلاً مبكرًا من أشكال الزراعة المائية، ^{[ 10 ] [ 11 ]} حيث كانت تُزرع النباتات على جزر ثابتة (أو متحركة أحيانًا) في المياه الضحلة للبحيرة، وتُستخدم مخلفات التجريف من قنوات تشينامباس والمدن المحيطة بها لريّ النباتات يدويًا. ^{[ 10 ] [ 12 ]}
• تُذكر جنوب الصين وجنوب شرق آسيا بأكملها، حيث كان يُزرع الأرز في حقول الأرز مع تربية الأسماك، كأمثلة على أنظمة الزراعة المائية المبكرة، على الرغم من أن هذه التقنية جلبها المستوطنون الصينيون الذين هاجروا من يونان حوالي عام 5 ميلادي. ^{[ 13 ]} وقد وُجدت أنظمة الزراعة المتعددة هذه في العديد من دول الشرق الأقصى، حيث كانت تُربى فيها أسماك مثل سمك اللوتش الشرقي (泥鳅، ドジョウ)، ^{[ 14 ]} وثعبان الماء (黄鳝، 田鰻)، والكارب الشائع (鯉魚، コイ)، والكارب الصليبي (鯽魚)، ^{[ 15 ]} بالإضافة إلى قواقع البرك (田螺) في حقول الأرز. ^{[ 16 ] [ 17 ]}
• وصف كتاب وانغ تشن للزراعة (王禎農書)، وهو دليل زراعي صيني من القرن الثالث عشر، طوافات خشبية عائمة مُكدسة بالطين والتراب، استُخدمت لزراعة الأرز ، والأرز البري ، والعلف. وقد استُخدمت هذه الزراعات العائمة في مناطق تُشكل اليوم مقاطعات جيانغسو ، وتشجيانغ ، وفوجيان . وتُعرف هذه الزراعات العائمة باسم " جياتيان " (架田) أو "فينغتيان " (葑田)، والتي تُترجم إلى "حقل أرز مُؤطر" و" حقل أرز من الفصيلة الكرنبية " على التوالي. كما يُشير هذا العمل الزراعي إلى نصوص صينية سابقة، تُوضح أن زراعة الأرز على الطوافات العائمة كانت تُستخدم منذ عهد أسرة تانغ (القرن السادس) وأسرة سونغ الشمالية (القرن الثامن) من التاريخ الصيني. ^{[ 18 ]}

يُستخدم نظام متكامل لتربية الأحياء المائية والزراعة، حيث تُربى الأسماك في حقول الأرز، في منطقة شمال كيريان بولاية بيراك في شبه جزيرة ماليزيا منذ ثلاثينيات القرن العشرين. كما يُذكر أن العديد من أنظمة زراعة الأرز والأسماك لها تاريخ طويل في إندونيسيا. ^{[ 19 ]}

في عام 1965، كان سينغبوش وزملاؤه أول من حاول تربية سمك الشبوط الشائع، وهو نوع من الأسماك، في أحواض بنظام إعادة تدوير المياه واستخدام الحمأة المنشطة لمعالجتها. وبعد بضع سنوات، في عام 1971، قدم شيرب وبراون دراسات أكثر تفصيلًا حول استخدام نظام مماثل لتربية سمك السلمون المرقط. وفي محطة التجارب الزراعية في ولاية كارولاينا الجنوبية في كليمسون، حاول الباحثان لويكانو وغروسفينور (1973) تنظيف أحواض أسماك السلور باستخدام نباتات كستناء الماء لامتصاص العناصر الغذائية الزائدة. ^{[ 20 ]}

في عام 1977، أسهم العالم الألماني لودفيج سي. أ. نايجل في مجال الزراعة المائية المتكاملة (الأكوابونيك) بنشره بحثًا بعنوان "الإنتاج المشترك للأسماك والنباتات في المياه المُعاد تدويرها". وقدّم البحث تجارب على الزراعة المشتركة لأسماك البلطي والطماطم، مُبرزًا جدوى نظام إعادة تدوير المياه الذي يدعم إنتاج كلٍّ من الأسماك والنباتات. ^{[ 20 ]} ويُعدّ هذا البحث من بين الجهود التي يبذلها مجتمع عالمي من الباحثين لتطوير أنظمة الزراعة المائية المتكاملة الحديثة.

أجرى بالارين وهالر دراسات حول الديناميكيات الحرارية لأنظمة الزراعة المائية، حيث بحثا في تأثيرات اختلاف درجات حرارة الماء على معدلات نمو الأسماك والنباتات. ^{[ 22 ]}

في سياق تطوير تقنيات الترشيح البيولوجي ضمن الزراعة المائية المتكاملة، قدم كل من موير وبالر ولويس المرشحات البيولوجية الترددية. وقد عززت هذه المرشحات البيولوجية كفاءة امتصاص العناصر الغذائية من قبل النباتات وقللت من تراكم المستقلبات الضارة في الماء .

ساهم واتن وبوش في فهم ديناميكيات المغذيات في أنظمة الزراعة المائية المتكاملة. وقد أظهرت دراساتهما حول دمج النباتات الوعائية في أنظمة الاستزراع المائي المعاد تدويرها (RAS) كيف يمكن للنباتات استخلاص المغذيات الزائدة من الماء بكفاءة. ^{[ 23 ]}

قبل التطورات التكنولوجية في ثمانينيات القرن العشرين، لم تُحقق معظم محاولات دمج الزراعة المائية وتربية الأحياء المائية نجاحًا يُذكر. ^{[ 24 ]} يُعزى الكثير من التطورات والاكتشافات الحديثة في مجال الزراعة المائية المتكاملة (الأكوابونيك) عمومًا إلى معهد الكيمياء الجديدة وجامعة ولاية كارولينا الشمالية. ^{[ 25 ] [ 6 ]}

في عام ١٩٦٩، أسس جون ونانسي تود وويليام ماكلارني معهد الكيمياء الجديدة ، وقاموا ببناء نموذج أولي لنظام الزراعة المائية الأزتيكي (مع بعض التعديلات) لتوفير المأوى والخضراوات والأسماك على مدار العام. ^{[ ٦ ]} وفي عام ١٩٨٤، طور رونالد زويج من معهد الكيمياء الجديدة نظامًا أطلق عليه اسم "بركة الاستزراع المائي"، ويُشار إليه أيضًا باسم "بركة الزراعة المائية الشمسية". دمج هذا النظام مكونًا عائمًا للزراعة المائية داخل بركة الطاقة الشمسية الموجودة في المعهد. ^{[ ١٩ ]} تُعد أنظمة الطوافات العائمة هذه أساسًا لما عُرف لاحقًا باسم الاستزراع في المياه العميقة.

قام مارك ماكمورتري وآخرون في جامعة ولاية كارولينا الشمالية بوضع تصور لنظام الزراعة المائية النباتية المتكامل . يُمثل هذا النظام، الذي يدمج تربية الأحياء المائية مع أحواض الزراعة الرملية، ^{[ 16 ]} أحد أقدم الأمثلة على نظام الزراعة المائية المغلقة. وقد أكدت أبحاث ماكمورتري ونتائجه الكثير من الأسس العلمية التي تقوم عليها الزراعة المائية، مُثبتةً فعالية النظام. ^{[ 26 ]}

في عام ١٩٧٩، بدأ جيمس راكوسي وزملاؤه في جامعة جزر العذراء تجاربهم على استخدام أحواض الزراعة المائية في أنظمة الزراعة المائية المتكاملة. في البداية، اعتمد النظام على طبقة من الحصى لنمو النباتات، إلى جانب خزان ترشيح مخروطي الشكل لجمع النفايات الصلبة الكبيرة، وخزان منفصل لإيواء الأسماك. ^{[ ٢٧ ]} وفي عام ١٩٨٦، بدأوا باختبار استخدام طوافات عائمة مصنوعة من البوليسترين. ^{[ ٢١ ]} وبحلول عام ١٩٩٧، أدت أبحاث راكوسي إلى اعتماد أحواض الزراعة المائية العميقة في أنظمة الزراعة المائية المتكاملة واسعة النطاق. ^{[ ٢٦ ]}

ركزت معاهد أخرى أبحاثها على أنظمة تُعرف باسم "أنظمة المد والجزر" أو "أنظمة الفيضان والتصريف". تستخدم هذه الأنظمة مواد خشنة مثل الحصى أو الطين المُمدد، مع أنابيب سيفونية جرسية لتسهيل دورة الري ^{[ 28 ].} تُعرف هذه الأنظمة أحيانًا باسم "أنظمة سبيرانيو"، نسبةً إلى توم وباولا سبيرانيو، اللذين قاما بتأليف وبيع دليل إرشادي في التسعينيات ^{[ 29 ]} ، واعتمدا نظام جامعة ولاية كارولينا الشمالية لابتكار دفيئة شمسية تجارية كاملة الحجم. ^{[ 30 ]}

بدأت أولى أبحاث الزراعة المائية المتكاملة في كندا بنظام صغير مُدمج في أبحاث الاستزراع المائي في محطة بمدينة ليثبريدج، ألبرتا. وفي تسعينيات القرن الماضي، ازداد عدد أنظمة الزراعة المائية المتكاملة التجارية، مع التركيز على محاصيل ذات قيمة عالية مثل سمك السلمون المرقط والخس. وشهد بروكس، ألبرتا، تطورًا هامًا، حيث أجرى الدكتور نيك سافيدوف وفريقه من مركز التميز في الاستزراع المائي (ACE) التابع لكلية ليثبريدج أبحاثًا مُستفيضة. وقد توصلوا إلى نمو سريع للجذور في أنظمة الزراعة المائية المتكاملة، وإلى طرق فعّالة لإعادة تدوير النفايات الصلبة. كما اكتشفوا أن هذه الأنظمة قادرة على العمل بكفاءة في مستويات حموضة منخفضة، وهو ما يُفيد نمو النباتات ولكنه عادةً ما يكون غير مُناسب للأسماك. وأدى هذا البحث إلى ابتكار أول نظام زراعة مائية متكاملة مؤتمت بالكامل وخالٍ من النفايات، مما عزز الاستدامة والكفاءة في عمليات الزراعة المائية المتكاملة.

تم تركيب أنظمة الزراعة المائية العائمة على أحواض الأسماك متعددة المحاصيل في الصين عام 2009. وتستخدم لزراعة الأرز والقمح وزنبق الكانا ومحاصيل أخرى، حيث تتجاوز مساحة بعض المنشآت 2.5 فدان (10000 متر ^مربع ) . ^{[ 31 ]} 

يجمع مصطلح "الأكوابونيكس" بين " الاستزراع المائي " (زراعة الكائنات المائية) و" الزراعة المائية " (زراعة النباتات بدون تربة).

في سبعينيات وثمانينيات القرن العشرين، تم وصف الزراعة المائية بمصطلحات مختلفة مثل "الإنتاج المشترك للأسماك والخضراوات في البيوت الزجاجية" أو "الإنتاج المشترك للأسماك والنباتات في المياه المعاد تدويرها". أصبح مصطلح "الزراعة المائية" أكثر استخدامًا على نطاق واسع بعد أن بدأت مجلة الزراعة المائية في النشر عام 1997، على الرغم من استخدام مصطلحات أخرى مثل "نظام الزراعة المشتركة المتكاملة للأسماك/الخضراوات".

تتعدد تعريفات "الزراعة المائية المتكاملة". يقتصر بعض الخبراء على زراعة النباتات باستخدام الزراعة المائية، بينما يتبنى آخرون تفسيراً أوسع. تأتي اللاحقة "ponics" في كلمتي الزراعة المائية والزراعة المائية المتكاملة من الكلمة اليونانية "ponos" التي تعني "عمل". لذا، يمكن ترجمة "الزراعة المائية المتكاملة" إلى "العمل بالماء"، مع أن هذا قد لا يصف وظيفة النظام وهدفه وصفاً كاملاً.

تُعدّ التعريفات الواضحة مهمة في المناقشات المتعلقة بالشهادات البيئية. حاليًا، لا تُدرج الزراعة المائية المتكاملة (الأكوابونيك) ضمن نظام شهادات الزراعة العضوية في الاتحاد الأوروبي لأنها تستخدم الزراعة المائية. مع ذلك، يُمكن اعتماد أشكال أخرى من الزراعة المائية المتكاملة التي تتضمن إنتاج الغذاء العضوي في التربة كمنتجات عضوية. ^{[ 32 ]}

أحواض تربية الأسماك وإطعامها .

الجزء من النظام الذي تُزرع فيه النباتات عن طريق امتصاص العناصر الغذائية الزائدة من الماء.

تُستخدم لتدوير المياه.

وحدة، تُعرف أيضًا باسم جهاز التصفية ، لالتقاط الطعام غير المأكول والأغشية الحيوية المنفصلة ، ​​ولترسيب الجسيمات الدقيقة.

مكان يمكن أن تنمو فيه بكتيريا النترجة وتحول الأمونيا إلى نترات ، والتي يمكن أن تستخدمها النباتات؛ ^{[ 33 ]} المرشح البيولوجي اختياري. ^{[ 3 ]}

تستخدم بعض الأنظمة حوض تجميع . يتم تجهيز حوض التجميع بمضخة أو مدخل مضخة يقوم بتدوير مياه الاستزراع المعالجة مرة أخرى إلى خزانات التربية. ^{[ 33 ]}

• تعتبر النباتات المنتجين الأساسيين في نظام الزراعة المائية، حيث تحول ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون والمغذيات إلى كتلة حيوية .
• يمكن زراعة مجموعة واسعة من النباتات في أنظمة الزراعة المائية، بما في ذلك الخضراوات الورقية الخضراء والأعشاب والفواكه والخضراوات .
• تساعد النباتات على تنقية المياه عن طريق إزالة العناصر الغذائية الزائدة والفضلات.

بما أن النباتات في مراحل نموها المختلفة تحتاج إلى كميات متفاوتة من المعادن والمغذيات، فإن حصاد النباتات يتم على مراحل، حيث تنمو الشتلات في نفس وقت نمو النباتات الناضجة. وهذا يضمن ثبات محتوى المغذيات في الماء بفضل عملية التنظيف التكافلي المستمرة للسموم من الماء. ^{[ 34 ]}

• تعتبر الأسماك والحيوانات المائية الأخرى المستهلكين الأساسيين في نظام الزراعة المائية، حيث توفر مصدراً للبروتين والمغذيات للنباتات.
• يمكن استخدام مجموعة متنوعة من أنواع الأسماك في أنظمة الزراعة المائية، بما في ذلك البلطي والسمك الذهبي والكوي.
• تساعد الأسماك في تخصيب النباتات من خلال إنتاج "فضلات" غنية بالعناصر الغذائية.

• تلعب البكتيريا دورًا حاسمًا في أنظمة الزراعة المائية، حيث تحول الأمونيا من مخلفات الأسماك إلى نترات، وهي مادة مغذية يمكن للنباتات استخدامها. ^{[ 32 ]}
• تُعد البكتيريا المفيدة، مثل بكتيريا النيتروسوموناس والنيتروباكتر، ضرورية للحفاظ على نظام بيئي صحي ومتوازن.
• تساعد البكتيريا في تنقية المياه عن طريق إزالة الأمونيا الزائدة وغيرها من النفايات.

على الرغم من أن الطحالب تُعتبر في كثير من الأحيان مصدر إزعاج في الاستزراع المائي التقليدي، إلا أنها قد تُشكّل عنصرًا مفيدًا في بعض تصاميم الزراعة المائية المتكاملة. ففي أنظمة مثل نظام الاستزراع المائي والنباتي المتكامل، تُزرع الطحالب عمدًا في الطبقة السطحية للمرشح البيولوجي. وفي هذه الأنظمة، تعمل الطحالب كمستودع للمغذيات، حيث تمتص المغذيات الزائدة، مما يُساعد في الحفاظ على جودة المياه المثلى ويُقلل من خطر اختلال توازن المغذيات. ^{[ 35 ]} مع ذلك، لا تستخدم جميع أنظمة الزراعة المائية المتكاملة الطحالب بهذه الطريقة؛ ففي أنواع أخرى من الأنظمة، تُعتبر الطحالب في حوض الأسماك مصدر إزعاج يجب السيطرة عليه.

يمكن للطحالب أن تطلق مواد ضارة بالأسماك والكائنات الدقيقة الأخرى والنباتات. فعلى سبيل المثال، يمكن للطحالب الخضراء المزرقة، والمعروفة أيضاً باسم البكتيريا الزرقاء، أن تنتج سموماً تهدد صحة الأسماك بشكل مباشر، كما أن وجودها المادي قد يُلحق الضرر بخياشيم الأسماك. ^{[ 4 ]}

As in most aquaculture based systems, stock feed often consists of fish meal derived from lower-value species. Ongoing depletion of wild fish stocks makes this practice unsustainable. Organic fish feeds may prove to be a viable alternative that relieves this concern. Other alternatives include growing duckweed with an aquaponics system that feeds the same fish grown on the system,^[39] excess worms grown from vermiculture composting, using prepared kitchen scraps,^[40] as well as growing black soldier fly larvae to feed to the fish using composting grub growers.^[41]

Healthy plant growth relies on diverse organic compounds in the root environment, produced by microbial decomposition. These include vitamins, hormones, and enzymes, essential for growth, yield, flavor, and pathogen resistance. Organic matter like humic acid helps make micronutrients available. While inorganic nutrients are vital, plants need organic metabolites for optimal development.^[33]

Aquaponic systems are designed to recirculate and reuse water efficiently, rather than discharging or exchanging it under normal operation. This system relies on the interaction between animals and plants to maintain a stable aquatic environment with minimal fluctuations in nutrient and oxygen levels. Plants absorb dissolved nutrients from the circulating water, which reduces the need for water discharge and minimizes the water exchange rate.^[33] Some authors have reported 90% less water usage through aquaponics compared to conventional commercial fish and crop production systems.^[6]

Water is added to the system only to replace losses due to plant absorption and transpiration, evaporation, overflow from rainfall, and removal of solid wastes. Consequently, aquaponics uses about 2% of the water required by conventional irrigation methods for the same vegetable production.^[42] This efficiency allows for the cultivation of crops and fish in areas with limited water or fertile land.

Aquaponic systems can also mimic controlled wetland conditions, making them useful for biofiltration and treating household sewage.^[43] The nutrient-rich overflow water can be collected in catchment tanks and reused to boost the growth of soil-planted crops or pumped back into the aquaponic system to maintain water levels.^[44]

In traditional aquaculture, regular water exchange is essential, unlike in aquaponics. Producing 1 kg of beef typically demands 5,000 to 20,000 liters of water. Semi-intensive and extensive conventional aquaculture requires 2,500 to 375,000 liters for the same amount of fish. In contrast, recirculating aquaculture systems (RAS) are highly efficient, recycling 95% to 99% of water and using under 100 liters per kilogram of fish.^[7]

In order for aquaponic systems to be financially successful and make a profit whilst also covering its operating expenses, the hydroponic plant components and fish rearing components need to almost constantly be at maximum production capacity.^[33] To keep the bio-mass of fish in the system at its maximum (without limiting fish growth), there are three main stocking method that can help maintain this maximum.

• Sequential rearing: Multiple age groups of fish share a rearing tank, and when an age group reaches market size they are selectively harvested and replaced with the same amount of fingerlings.^[33] Downsides to this method include stressing out the entire pool of fish during each harvest, missing fish resulting in a waste of food/space, and the difficulty of keeping accurate records with frequent harvests.^[33]
• Stock splitting: Large quantities of fingerlings are stocked at once and then split into two groups once the tank hits maximum capacity, which is easier to record and eliminates fish being "forgotten". A stress-free way of doing this operation is via "swimways" that connect various rearing tanks and a series of hatches/moving screens/pumps that move the fish around.^[33]
• وحدات تربية متعددة: تتكون هذه الأنظمة عادةً من 2 إلى 4 أحواض تشترك في نظام ترشيح واحد، وعند حصاد الحوض الأكبر، تُنقل مجموعات الأسماك الأخرى إلى حوض أكبر بينما تبدأ دفعة جديدة في الحوض الأصغر. ^{[ 33 ]} ومن الشائع أيضًا وجود عدة أحواض تربية دون وجود وسائل لنقل الأسماك بينها، مما يُغني عن عناء نقل الأسماك ويسمح لكل حوض بالعمل دون إزعاج أثناء الحصاد، حتى وإن كان استخدام المساحة غير فعال عندما تكون الأسماك صغيرة. ^{[ 33 ]}

من الناحية المثالية، لا تتجاوز الكتلة الحيوية للأسماك في أحواض التربية 0.5  رطل/غالون، وذلك للحد من الإجهاد الناتج عن الاكتظاظ، وتغذية الأسماك بكفاءة، وتعزيز النمو الصحي. ^{[ 33 ]}

يُعد زيت النيم أكثر المبيدات العضوية فعالية ، ولكن بكميات قليلة فقط للحد من تسربه إلى مياه الأسماك. غالبًا ما تتعثر عملية تسويق الزراعة المائية المتكاملة بسبب معوقات إدارة الآفات والأمراض. يُعد استخدام أساليب المكافحة الكيميائية معقدًا للغاية في جميع الأنظمة. في حين يمكن استبدال المبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب بتدابير المكافحة البيولوجية التجارية الراسخة، إلا أن مبيدات الفطريات ومبيدات الديدان الخيطية لا تزال ضرورية في الزراعة المائية المتكاملة. يُعد الرصد والمكافحة الزراعية النهجين الأوليين لاحتواء أعداد الآفات. تتميز المكافحة البيولوجية، بشكل عام، بقابليتها للتكيف على نطاق واسع. تُعد التدابير الوقائية غير الكيميائية فعالة للغاية في منع الآفات والأمراض في جميع التصاميم. ^{[ 45 ]}

قد تتمتع النباتات المزروعة في أنظمة الزراعة المائية المتكاملة بمقاومة أعلى للأمراض مقارنةً بتلك المزروعة في أنظمة الزراعة المائية التقليدية. تدعم هذه البيئة مجموعة متنوعة من الكائنات الحية الدقيقة، والتي قد يساعد بعضها في حماية جذور النباتات من مسببات الأمراض. ^{[ 33 ]}

لقد ساهمت التكنولوجيا الحديثة بشكل كبير في تحسين أنظمة الزراعة المائية المتكاملة. فبفضل استخدام أجهزة الاستشعار المتطورة وأجهزة إنترنت الأشياء ، أصبح بالإمكان تشغيل هذه الأنظمة بمستوى عالٍ من الأتمتة . وهذا يُتيح إدارة دقيقة لعوامل مهمة مثل مستويات المغذيات، واستهلاك المياه، والإضاءة. ولا تقتصر فوائد أتمتة هذه العمليات على زيادة كفاءة الزراعة المائية المتكاملة فحسب، بل تُسهم أيضاً في تحسين غلة المحاصيل وترشيد استخدام الموارد. ^{[ 2 ]}

سعى الكثيرون إلى ابتكار أنظمة تحكم ومراقبة آلية، وقد حقق بعضها نجاحًا ملحوظًا. فعلى سبيل المثال، تمكن باحثون من إدخال الأتمتة في نظام زراعة مائية صغير الحجم لتحقيق نظام زراعي مستدام وفعال من حيث التكلفة. ^{[ 46 ] [ 47 ]} كما برز التطور التجاري لتقنيات الأتمتة. فعلى سبيل المثال، طورت إحدى الشركات نظامًا قادرًا على أتمتة المهام الزراعية المتكررة، ويتميز بخوارزمية تعلم آلي قادرة على الكشف التلقائي عن النباتات المريضة أو غير المكتملة النمو والقضاء عليها. ^{[ 48 ]} ويضم مرفق زراعة مائية بمساحة 3.75 فدان، يُزعم أنه أول مزرعة سمك سلمون داخلية في الولايات المتحدة، تقنية آلية أيضًا. ^{[ 49 ]} وقد حققت آلة الزراعة المائية تقدمًا ملحوظًا في توثيق وجمع المعلومات المتعلقة بهذا المجال.

توفر الزراعة المائية المتكاملة نظامًا زراعيًا متعددًا ومتنوعًا ومستقرًا، يسمح للمزارعين بزراعة الخضراوات وتربية الأسماك في آنٍ واحد. وبفضل وجود مصدرين للربح، يستطيع المزارعون الاستمرار في جني المال حتى في حال انخفاض الطلب على الأسماك أو النباتات. ^{[ 50 ]} وتتيح مرونة نظام الزراعة المائية المتكاملة زراعة مجموعة واسعة من المحاصيل، بما في ذلك الخضراوات العادية والأعشاب والزهور والنباتات المائية، لتلبية احتياجات شريحة واسعة من المستهلكين. ^{[ 50 ]} ومن بين النباتات المربحة لأنظمة الزراعة المائية المتكاملة: الملفوف الصيني ، والخس ، والريحان ، والورود ، والطماطم ، والبامية ، والشمام، والفلفل الحلو . ^{[ 51 ]}

بالنسبة للمستهلكين المهتمين بالبيئة، تُعدّ منتجات الزراعة المائية جذابة لكونها عضوية وخالية من المبيدات، ولأن أنظمتها ذات أثر بيئي محدود نسبيًا. كما تتميز أنظمة الزراعة المائية بكفاءتها الاقتصادية نظرًا لانخفاض استهلاكها للمياه، ودورة المغذيات الفعّالة، واحتياجها القليل للأراضي. ويمكن إنشاء هذه الأنظمة في مناطق ذات تربة رديئة أو مياه ملوثة، ولا تتطلب سوى كمية قليلة من المياه. إضافةً إلى ذلك، عادةً ما تكون أنظمة الزراعة المائية خالية من الأعشاب الضارة والآفات والأمراض التي تنتقل عن طريق التربة، مما يسمح بإنتاج محاصيل عالية الجودة باستمرار وبسرعة. ^{[ 50 ]}

ركزت الأبحاث المتعلقة بالزراعة المائية المتكاملة بشكل أساسي على الجوانب التقنية، مع عدد محدود من الدراسات التي تناولت جدواها الاقتصادية، لا سيما في السياقات التجارية. ورغم أن الزراعة المائية المتكاملة تُعتبر عمومًا مربحة ومستدامة، إلا أن حساب التكاليف ومقارنة الأنظمة يصبحان معقدين نظرًا لتنوع ظروف المواقع، والتغيرات المناخية، وتقلبات أسعار السوق. وتُشكل نفقات الطاقة عاملًا مهمًا، وتختلف اختلافًا كبيرًا بين الدول، مما يُعقّد تقييم الربحية. ويقترح بعض الباحثين أن الزراعة المائية المتكاملة تصل إلى التوازن المالي بعد عامين، بينما يرى آخرون أنه ينبغي قياس الربحية على أساس المتر المربع. ^{[ 30 ]}

لا تزال الدراسات الحالية المتعلقة بأنظمة الزراعة المائية المتكاملة مع تربية الأحياء المائية واستدامتها الاقتصادية أقل شمولاً بكثير مقارنةً بأنظمة الزراعة المائية التقليدية. وبناءً على الدراسات المتاحة حاليًا، يجب تقييم الجدوى الاقتصادية لمشاريع الزراعة المائية المتكاملة مع تربية الأحياء المائية على أساس فردي. وتلعب متغيرات عديدة، تشمل تصميم النظام، والظروف المناخية الموسمية، وتكاليف الطاقة أو الأرض المحلية، دورًا محوريًا في تحديد ربحية هذه المشاريع. ^{[ 52 ]}

تُظهر أبحاث إضافية أن أنظمة الزراعة المائية المتكاملة مع تربية الأحياء المائية (الأكوابونيك) تستخدم أسمدة أقل بنسبة 14% من أنظمة الزراعة المائية التقليدية (الهيدروبونيك). ^{[ 53 ]} وعلى الرغم من هذا التوفير، ينبغي على المزارع تحديد ما إذا كانت تكلفة صيانة نظام تربية الأحياء المائية أقل من تكلفة استخدام الأسمدة الإضافية في الزراعة المائية التقليدية.

تشمل العوائق الأخرى غير المتعلقة بالنظام والتي تحول دون النجاح الاقتصادي لأنظمة الزراعة المائية المتكاملة (الأكوابونيك) ما يلي: الحاجة إلى معرفة واسعة في تخصصات متعددة، وقلة فرص التمويل المتاحة، وعدم فهم عامة الناس لمفهوم الأكوابونيك. ^{[ 7 ]} قد يتطلب مشروع الأكوابونيك استراتيجيات تسويقية إضافية مقارنةً بالزراعة المائية التقليدية (الهيدروبونيك)، وهي تقنية معروفة نسبيًا في الولايات المتحدة حاليًا.

من بين معوقات تطوير الزراعة المائية عدم جدواها المالية التجارية، نظراً لأن الشركات الخاصة لا تشارك دراساتها مع الجمهور. ^{[ 30 ]}

• في مارس 2018، تأسست الرابطة الأوروبية للزراعة المائية المتكاملة بين الدول الأوروبية . وقد أتاح ذلك إنشاء منظمة للدول الأوروبية لمواصلة أبحاث الزراعة المائية المتكاملة وتطبيق ممارساتها. ^{[ 54 ]}

• في بنغلاديش ، الدولة الأكثر اكتظاظًا بالسكان في العالم ، يستخدم معظم المزارعين المواد الكيميائية الزراعية لتعزيز إنتاج الغذاء وإطالة مدة تخزينه، على الرغم من افتقار البلاد إلى الرقابة على المستويات الآمنة لهذه المواد في الأغذية المخصصة للاستهلاك البشري. ^{[ 55 ]} ولمعالجة هذه المشكلة، وضع فريق بقيادة محمد سلام في قسم تربية الأحياء المائية بجامعة بنغلاديش الزراعية خططًا لنظام زراعة مائية منخفض التكلفة لتوفير منتجات عضوية وأسماك للسكان الذين يعيشون في ظروف مناخية قاسية، مثل المنطقة الجنوبية المعرضة للملوحة ومنطقة هاور المعرضة للفيضانات في المنطقة الشرقية. ^{[ 56 ] [ 57 ]} ويُعدّ عمل سلام ابتكارًا لشكل من أشكال الزراعة المعيشية لتحقيق أهداف الإنتاج على نطاق صغير على المستويين المجتمعي والفردي.
• تم تطوير نظام زراعة مائية لاستخدامه على أسطح المنازل في مدينة غزة . ^{[ 58 ]}

• تقدم كلية داكوتا في بوتينو ، بولاية داكوتا الشمالية، برنامجًا في الزراعة المائية يتيح للطلاب الحصول على شهادة أو درجة الزمالة في العلوم التطبيقية في الزراعة المائية. ^{[ 59 ]}
• بدأ مرفق سميث رود في دنفر برنامج الزراعة المائية لتوفير الغذاء لما بين 800 إلى 1000 سجين في سجن دنفر، ومرفق مجاور في وسط المدينة يضم 1500 سجين و700 ضابط. ^{[ 60 ]}
• تدير منظمة "أصدقاء المسيح" التطوعية في نيكاراغوا مزرعتها لإطعام أكثر من 900 طفل من أطفال المدارس الفقراء باستخدام العناصر الغذائية من أساليب الزراعة المائية. ^{[ 61 ]}
• شهدنا تحولاً نحو دمج الزراعة المائية في المجتمعات المحلية، كما هو الحال مع مؤسسة " غروينغ باور" غير الربحية التي توفر فرص عمل وتدريب لشباب ميلووكي ، إلى جانب زراعة الغذاء لمجتمعهم. وقد أدى هذا النموذج إلى ظهور العديد من المشاريع المماثلة في مدن أخرى، مثل نيو أورليانز حيث عانى مجتمع الصيادين الفيتناميين من كارثة تسرب النفط في ديب ووتر هورايزون ، وفي جنوب برونكس بمدينة نيويورك . ^{[ 62 ]}
• منظمة "ويسبرينغ روتس" هي منظمة غير ربحية في أوماها، نبراسكا، توفر غذاءً طازجاً وصحياً مزروعاً محلياً للمجتمعات المحرومة اجتماعياً واقتصادياً باستخدام الزراعة المائية والزراعة المائية والزراعة الحضرية . ^{[ 63 ] [ 64 ]}
• في الآونة الأخيرة، اتجهت الزراعة المائية المتكاملة (الأكوابونيك) نحو أنظمة الإنتاج الداخلية. ففي مدن مثل شيكاغو، يستخدم رواد الأعمال تصاميم رأسية لزراعة الغذاء على مدار العام. ويمكن استخدام هذه الأنظمة لزراعة الغذاء على مدار العام بأقل قدر من الهدر أو بدونه. ^{[ 65 ]}

• أطلقت جزيرة باربادوس الكاريبية مبادرة لبدء أنظمة الزراعة المائية في المنازل، والتي تسمى آلة الزراعة المائية، مع عائدات يتم توليدها من بيع المنتجات للسياح في محاولة للحد من الاعتماد المتزايد على الأغذية المستوردة.

يتجمع مزارعو الزراعة المائية من جميع أنحاء العالم في مواقع ومنتديات المجتمع عبر الإنترنت لتبادل خبراتهم وتعزيز تطوير هذا الشكل من أشكال الزراعة، ^{[ 66 ]} بالإضافة إلى إنشاء موارد شاملة حول كيفية بناء أنظمة منزلية.

تتوفر أنظمة معيارية متنوعة مصممة للاستخدام العام، تستخدم أنظمة الزراعة المائية لإنتاج الخضراوات والأعشاب العضوية، وتوفر في الوقت نفسه ديكورًا داخليًا. ^{[ 67 ]} يمكن لهذه الأنظمة أن تكون مصدرًا للأعشاب والخضراوات داخل المنزل. وتشجع الجامعات الأبحاث على هذه الأنظمة المعيارية نظرًا لتزايد شعبيتها بين سكان المدن. ^{[ 68 ]}