Modellierung von Kokulturen in der Meeresalgenzucht
Das Problem: Aquakulturen können helfen, die wachsende Weltbevölkerung mit wichtigen Nahrungsmitteln, insbesondere Eiweiß zu versorgen. Allerdings beruhen intensive Aqua-Monokulturen häufig auf hohen Besatzdichten und starker Zufütterung. Eine zentrale Herausforderung ist die ineffiziente Nutzung von Nährstoffen aus Futtermitteln. Stickstoff und Phosphor bleiben in hohem Maße ungenutzt und gelangen über Ausscheidungen und Futterreste in die Umwelt. Diese Abwässer können Küsteneutrophierung, Sauerstoffmangel und schädliche Algenblüten fördern. Eine Lösung kann die Mitzucht von Meeresalgen sein. Diese Thematik will Abu Zakaria bearbeiten und wird dabei von der Stiftung mit 2.000 Euro unterstützt.
Antragsteller
M U M Abu Zakaria
Masterstudent in der Biologie/Chemie an der Universität Bremen
im Studiengang International Studies in Aquatic Tropical Ecology (ISATEC)
Projektbeschreibung
Meeresalgen gelten als effiziente Biofilter, da sie gelösten Stickstoff und Phosphor aufnehmen und nutzbare Biomasse erzeugen können. Artenkomplementarität kann diesen Effekt erhöhen. Daher können Ko-Kulturen von Meeresalgen Nährstoffe gleichmäßiger entfernen als Monokulturen.
Auf den Philippinen macht die Meeresalgenzucht bereits rd. 66 % des nationalen Aquakultur-Produktionsvolumens aus. Gleichzeitig kann das Wachstum gefütterter Aquakultur die Nährstoffbelastung erhöhen, die Wasserqualität verringern und Küstenökosysteme zusätzlich belasten. Daher bieten die Philippinen eine relevante tropische Fallstudie um zu testen, ob Ko-Kulturen von Meeresalgen Nährstoffbelastungen reduzieren und wertvolle Biomasse produzieren können.
Obwohl tropische Ko-Kulturen von Meeresalgen (im Bild sog. Meerestrauben) bereits untersucht wurden, fehlt es an prädiktiven ökophysiologischen Modellen zur Optimierung von Biomasseertrag und Nährstoffreduktion Solche Modelle sind wichtig, da Experimente zeit- und ressourcenintensiv sind und nicht jede Artenkombination direkt getestet werden kann. Diese Studie untersucht Wachstum und Nährstoffentfernung in tropischen Ko-Kulturen von Meeresalgen und entwickelt ein Modell zur Vorhersage geeigneter Artenkombinationen unter kontrollierten Aquakultur-Abwasserbedingungen.
Die Studie von Abu Zakaria testet folgende Hypothesen:
- Meeresalgen Kokulturen erzielen durch komplementäre Nutzung von Raum, Licht und Nährstoffen höhere Biomasseerträge als Monokulturen.
- Meeresalgen Kokulturen zeigen aufgrund artspezifischer Nährstoffaufnahme und physiologischer Reaktion eine höhere Nährstoffentfernung als Monokulturen.
- Ein prädiktiver Modellierungsansatz kann genutzt werden, um das Wachstum von Meeresalgen und ihre Nährstoffentfernungsleistung auf Grundlage ökologischer und biologischer Variablen vorherzusagen.
Die Studie prüft einen naturbasierten Ansatz, der die Umweltbelastung intensiver Aquakultursysteme verringern und gleichzeitig die Nutzung vorhandener Nährstoffströme verbessern kann.
Das Projekt kann auch zum Klimaschutz und zur Anpassung an den Klimawandel beitragen, indem es eine ressourcenschonende Biomasseproduktion unterstützt. Meeresalgen benötigen im Vergleich zu terrestrischen Kulturen keine Ackerflächen, kein Süßwasser und keine synthetischen Düngemittel in gleicher Weise. Während des Wachstums nehmen sie CO₂ auf und erzeugen Biomasse, die potenziell als Nahrungs- oder Futtermittel, Dünger, Biostimulans, Bioenergie oder Rohstoff für andere meeresalgenbasierte Produkte genutzt werden kann. Dadurch kann das Projekt zu klimafreundlicheren und ressourceneffizienteren Aquakulturpraktiken beitragen.
Durch die Verbesserung der Wasserqualität und die Verringerung der Nährstoffbelastung (Foto: experimentelles Set Up) kann meeresalgenbasierte Bioremediation dazu beitragen, die Widerstandsfähigkeit von Küstenökosystemen zu stärken. In zukünftigen integrierten Aquakultursystemen können Meeresalgen helfen, lokale Wasserchemie und pH-Werte zu stabilisieren und Stress für aquatische Organismen zu verringern, die Nährstoffverschmutzung und klimabedingten Umweltveränderungen ausgesetzt sind. Die Nutzung mehrerer Arten kann zudem die Funktionsfähigkeit des Systems erhöhen, da unterschiedliche Arten Nährstoffe, Licht und Raum komplementär nutzen können.
Das Projekt trägt zur nachhaltigen Entwicklung bei, indem es Aquakulturproduktion, Nährstoffrecycling, Verschmutzungsreduktion und naturbasierte Küstenbewirtschaftung miteinander verbindet. Ein zentraler Beitrag ist die Entwicklung eines einfachen prädiktiven Modellierungsansatzes. Dieses Modell soll bewerten, wie biologische und ökologische Variablen das Wachstum von Meeresalgen und ihre Nährstoffentfernungsleistung beeinflussen. Die Ergebnisse können helfen, geeignete Artenkombinationen und Managementbedingungen auszuwählen und integrierte multitrophe Aquakultursysteme besser zu planen, insbesondere in tropischen Küstenregionen wie den Philippinen. Damit kann das Projekt praktische Informationen für eine nachhaltigere, kreislauforientierte und umweltschonendere Aquakultur liefern.