Fisch- und Pflanzenzucht nachhaltig kombinieren Futter bei die Fische – und das möglichst umweltfreundlich

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Fischzucht produziert nährstoffreiches Abwasser. Dies kann die Umwelt belasten – oder gekoppelt mit Pflanzenzucht direkt als Dünger dienen. Ein Forscherteam hat nun ideale Proteinquellen für eine umweltfreundliche Fischfütterung in der so genannten Aquaponik ermittelt.

Fische sind gute Lieferanten von wertvollen Omega-3-Fettsäuren und können damit zu einer gesunden Ernährung beitragen. Heutzutage stammt mehr als die Hälfte des konsumierten Fisches nicht aus Wildfängen, sondern aus Aquakultur. Dabei gibt es nicht die eine Aquakultur, sondern verschiedene Haltungsformen in Gewässern oder in speziellen Anlagen zur Erzeugung von Fischen, Krebsen, Weichtieren, Algen und anderen Wasserlebewesen.

Ein großer Teil davon findet in so genannter intensiver Haltung statt, das heißt die Zuchttiere werden durch den Menschen gefüttert. Die Zusammensetzung des Futters hat dabei einen großen Einfluss auf die Gesundheit, das Wachstum und die Fortpflanzung der Tiere. Futtermittel sind aber auch ein großer Kostenfaktor für die Züchter und haben durch nährstoffreiche Abwässer negative Auswirkungen auf die Umwelt. „Wenn wir darüber nachdenken, wie wir die menschliche Ernährung nachhaltiger gestalten wollen, müssen wir auch bei der Fütterung unserer Nutztiere ansetzen“, sagt Prof. Werner Kloas, der am Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) die Aquakulturforschung leitet.

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Nährstoffreiches Wasser: schlecht in der Aquakultur, gut in der Aquaponik

Eine erweiterte Form der Aquakultur ist die Aquaponik: Hier werden Fisch- und Pflanzenzucht in einem System kombiniert. Dies ist besonders nachhaltig, da das Wasser aus der Fischhaltung und die Nährstoffe aus dem Fischfutter für die Aufzucht der Pflanzen genutzt werden. Nährstoffe wie Nitrat, Phosphat und Kalium im Prozesswasser der Fischzucht sind daher im Gegensatz zur klassischen Aquakultur sogar erwünscht, um den Bedarf an mineralischen Ergänzungsdüngern für die Pflanzen möglichst gering zu halten.

„In der Aquaponik entspricht die Nährstoffzusammensetzung im Haltungswasser bestenfalls dem Bedarf der Pflanzen“, erklärt Dr. Christopher Shaw, der in dem Projekt „Cubes Circle“ zur umweltfreundlichen Fischernährung in der Aquaponik forscht. „Herkömmliche Fischfutter haben jedoch oft nicht das ideale Nährstoffprofil für die Pflanzen und unterliegen bestimmten Einschränkungen in der Zusammensetzung der Inhaltsstoffe, um dem Ziel einer geringen Abwasserbelastung gerecht zu werden. Hier bietet sich die Chance, Fischfutter für die Aquaponik gezielter zu gestalten.“ Im Blick hat der Forscher dabei die Wachstumsleistung der Fische, die Konzentration gelöster anorganischer Nährstoffe im Prozesswasser und die Ausscheidung partikulär gebundener Nährstoffe in den Kreislaufanlagen der Fischzucht.

Halb so viel Proteinfutter, gleicher Zuchterfolg

Shaw untersuchte beispielsweise, inwieweit tierisches Protein im Futter des Afrikanischen Raubwelses – ein beliebter Speisefisch – durch pflanzliches Protein ersetzt werden kann und wie die Wahl der Proteinquelle das Profil der gelösten Nährstoffe im Haltungswasser beeinflusst. Das beeindruckende Ergebnis: Eine Reduzierung des Anteils tierischer Proteine im Futter um bis zu 50 Prozent hatte keine negativen Auswirkungen auf den Biomassezuwachs, die Futterverwertung und die Proteineffizienz beim Afrikanischen Raubwels. Die Fische wuchsen also gleich gut. Allerdings führte ein höherer Anteil tierischer Proteine im Futter zu höheren Phosphatkonzentrationen im Wasser, während ein steigender Anteil pflanzlicher Proteinquellen zu höheren Kaliumkonzentrationen im Wasser führte.

„Dies zeigt, dass durch die Wahl der Proteinquellen im Futter die Zusammensetzung wichtiger gelöster Pflanzennährstoffe im Wasser beeinflusst werden kann, ohne dass die Wachstumsleistung der Fische beeinträchtigt wird“, sagt der Wissenschaftler. „Spezielle Futtermittel zur Reduzierung des Mineraldüngerbedarfs in der Aquaponik bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Produktivität auf Seiten der Fischzucht sind also realisierbar.“

Insektenmehl und weitere Proteinalternativen untersucht

Es gibt jedoch zusätzliche Ansprüche in der Fischzucht. Für ihr Wachstum und ihre Gesundheit benötigen Fische bestimmte Nährstoffe wie essenzielle Aminosäuren und Fettsäuren, die in pflanzlichen Quellen oft nicht ausreichend vorhanden sind. In der Vergangenheit wurden diese Bedürfnisse vor allem bei Raubfischen durch hohe Anteile an Fischmehl und Fischöl im Futter gedeckt, die ernährungsphysiologisch ideal sind. Diese stammen jedoch überwiegend aus der Meeresfischerei und können somit eine zusätzliche Belastung für die natürlichen Fischbestände darstellen. Zudem gehören sie zu den teuersten Rohstoffen in der Fischfutterproduktion.

Shaw untersuchte daher verschiedene umweltfreundlichere tierische Rohstoffalternativen, wie Larvenmehl der Schwarzen Soldatenfliege und Nebenprodukte der Fleisch- und Fischverarbeitungsindustrie (Geflügel- und Geflügelblutmehl, Schlachtnebenprodukte aus der Aquakultur) für Fischfutter in der Aquaponik.

Futterkreise und Pflanzenzucht in Einklang bringen

Phosphorreiche Proteinquellen aus tierischen Nebenprodukten eignen sich besonders gut für die Aquaponik: Futter mit einem hohen Anteil an Geflügel- und Welsmehl führte zu einer erhöhten Ausscheidung von pflanzenverfügbarem Phosphat und verbesserte das Verhältnis von Phosphat zu Nitrat im Haltungswasser der Fische zugunsten der Bedürfnisse der Pflanzenzucht im Vergleich zu konventionellem Futter. Außerdem verbesserte dieses Futter das Wachstum und die Futterverwertung des Afrikanischen Raubwelses.

Ein Pflanzenversuch bestätigte die Wirksamkeit der Alternativen: Das Haltungswasser von Nil-Tilapien – ein Buntbarsch, der zu den wichtigsten Aquakulturarten weltweit zählt – wies hohe Konzentrationen an Kalium, Magnesium und Mikronährstoffen nach der Fütterung mit Larvenmehl der Schwarzen Soldatenfliege als Hauptproteinquelle auf und führte auch zu höheren Erntemengen von Basilikum und Salat als bei der Fütterung mit marinem Fischmehl als Hauptproteinquelle. Aus pflanzenbaulicher Sicht ist ein solches Larvenmehl als Proteinquelle im Fischfutter für die Aquaponik daher vielversprechend, sofern die Nahrungsgrundlage der Larven ebenfalls reich an den entsprechenden Nährstoffen ist.

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Praktische Hürden für die nachgewiesenen Vorteile der alternativen Fischzucht

Tierische Nebenprodukte oder Insektenmehl sind nur zwei von vielen Beispielen der potentiellen Optionen alternativer Futtermittel. Dr. Fabian Schäfer vom IGB betreut redaktionell Aquakulturinfo, das Informationsportal zur Aquakultur. Er bestätigt die steigende Zahl von alternativen Futtermittelbestandteilen und erläutert, warum selbst valide wissenschaftliche Erkenntnisse nicht immer den schnellen Weg in die breite Anwendung finden: „Wie auch bei anderen Rohstoffen gilt es, im Anschluss an den Identifikationsprozess, weitere Hürden bei der Zulassung und der Ausweitung beziehungsweise Kommerzialisierung des Produktionsprozesses zu überwinden. Entsprechend handelt es sich bei vielen Alternativen zwar um aussichtsreiche, aber aktuell nicht im großen Umfang verfügbare Futtermittelbestandteile. Meist können sie bei Preis und Verfügbarkeit nicht mit Soja, Fischmehl oder Fischöl konkurrieren. Vor dem Hintergrund der Klimakrise, Instabilitäten von Lieferketten oder ökologischen Aspekten, wie der Land- und Wassernutzung, können diese Alternativen im Aquakultursektor jedoch zukünftig stärker an Bedeutung gewinnen.“

Originalpublikationen: Wael Yakti; Christopher Shaw; Marcus Müller; Inga Mewis; Werner Kloas; Christian Ulrichs: Tracing the journey of elements from fish feed to Nile tilapia faeces to black soldier fly larvae: a comparative approach, Frontiers in Sustainable Food Systems - 11 (Juli 2024); DOI: 10.3389/fsufs.2024.1298885

Shaw, Christopher; Knopf, Klaus; Roy, Koushik; Ulrichs, Christian; Kloas, Werner: Animal versus plant protein sources in marine ingredient-free aquaponic diets: A case study on nutrient release, and retention of African catfish (Clarias gariepinus) reared in RAS, Aquaculture. - 584 (Februar 2024), DOI: 10.1016/j.aquaculture.2024.740641

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