Aquaponics 

 

 

 

 

 

 

 

Internship report 

 

Jiska van Vliet 

 

Internship provider: TGS | Business and Development Initiatives 

Supervisor TGS: Klaas Evers 

Supervisor WUR: Peter Leffelaar 

 

Contents  Introduction ............................................................................................................................................. 1 

Activities .................................................................................................................................................. 3 

Projects ................................................................................................................................................ 3 

Driel ................................................................................................................................................. 3 

Iraq .................................................................................................................................................. 4 

Indonesia ......................................................................................................................................... 4 

Almelo ............................................................................................................................................. 6 

Other ............................................................................................................................................... 6 

Miscellaneous ...................................................................................................................................... 7 

Screening of funding opportunities ................................................................................................. 7 

Informative publications ................................................................................................................. 7 

Networking ...................................................................................................................................... 7 

Meetings .......................................................................................................................................... 8 

Answering various questions .......................................................................................................... 8 

Literature reviews ............................................................................................................................... 8 

Reflection ................................................................................................................................................ 9 

Acknowledgements ............................................................................................................................... 11 

Appendix I ‐ Photo overview of the system in Driel..............................................................................13 

Appendix II ‐ Aquaponics ‐ A literature review......................................................................................17 

Appendix III ‐ Feasibility of saline aquaponics ‐ A literature review......................................................43 

 

1 

 

Introduction 

For my internship, I have worked at TGS | Business and Development Initiatives for four months. TGS is a small Dutch organisation which is involved in initiating and supporting various business activities worldwide.  These  businesses  can  facilitate  positive  economic  and  social  change  on  a  community level.  TGS  believes  that  entrepreneurship must  be  encouraged.  TGS  is  involved  in  the  businesses through project development,  conducting  feasibility  studies and market  research, giving advice on business  administration  and  strategy  development,  connecting  them  to  relevant  partners  and developing plans  for social activities. Examples of business activities  in which TGS  is  involved are a Cashew nut processing factory in Côte d’Ivoire and a chicken business in Central Asia. Currently, TGS is working with various aquaponics projects. Aquaponics is a highly efficient sustainable food production method, in which cultivation of fish and vegetables is integrated into one system (Figure 1, for more information, please refer to Appendix II – Aquaponics ‐ A literature review). TGS believes that aquaponics can play a major role in improving 

the access to sufficient healthy food especially for marginalised groups and can contribute to food security and development. TGS  has  already  established  such  systems  in  both  Egypt  and  The Netherlands. However,  the knowledge base  for aquaponics needs  to be expanded  in order to prevent future problems  in new projects.  In addition, the starting of new projects requires a high time investment, while the current employees of TGS were also  involved  in other time consuming projects. Hence, TGS was looking for someone who would be  able  to do more  research  regarding  the  biological  functioning of the  system,  and  also  support  the  TGS  staff  in  the  initiation  of  new aquaponics  projects.  This  vacancy  was  ideal  for  my  internship placement. When  I heard  about  aquaponics,  it  immediately  sparked my  interest  and  I was highly motivated  to  find out more  about  the functioning,  the  opportunities  and  threats  of  this  system. With my 

scientific  background  in  Biology  and  Plant  Science,  I  could  contribute  to  the  technical  knowledge required for the development of aquaponics systems. As a WUR student, I could more easily access information both  through  the University  library and  through  contacting experts. Moreover,  in  this working  environment,  I would  gain more  experience with  all  stages  of  project  development  and execution. Through my  involvement  I would gain many  insights, skills and competencies which are required for working on a project basis, but also for working in an organisation in general. Moreover, the projects  in which TGS  is  involved are  largely aimed at development. As  I am highly attracted to development work, this would be a very valuable working experience for me. I was  not  assigned  to  one  clear,  delineated  task.  Rather,  just  as my  colleagues,  I  contributed  to projects as part of  the  team. Responsibilities were  shared between us; however, mutual  feedback was always part of the process. Below, the activities in which I was involved during my internship are described.  TGS works  on  a  project  basis  and  I  have  been  involved  in  different  phases  of  several projects. Activities directly related to a specific project, such as designing the project and applying for funds, have been described per project under ‘Projects’. Throughout the internship I have worked on many other tasks for TGS, which are described under ‘Miscellaneous’. As part of the internship, I also conducted  literature  research and wrote  two  reviews. This  is described under  ‘Literature  reviews’,  and the reviews can be found in the Appendices. The report ends with a final personal reflection on the internship and the acknowledgements.   

Figure 1: Simple 

representation of aquaponics 

2 

 

3 

 

Activities 

Projects 

Driel 

One  of  the  projects was  to  set  up  an  aquaponics  system  at  AquaVita  in  Driel.  TGS  had  already established good  contacts with AquaVita. AquaVita has been  involved  in  the establishment of  fish farms and the organising of training courses  in  fish management, and exploits a shop  for  fish  farm supplies and a fishpond. AquaVita  is owned by  ir. Dicky van Zanten, who  is a Wageningen Fisheries and Aquaculture graduate and is an expert in fish management. Mr. van Zanten was very interested in  aquaponics,  and  had  agreed  to  the  building  of  a  system  in  a  greenhouse  on  his  property  in cooperation with TGS. The objectives of the system would be to gain more practical knowledge on aquaponics,  be  able  to  do  some  experimental  research  on  the  system,  and  use  the  system  for demonstration  purposes. Mr.  van  Zanten would  be  able  to monitor  the  system  closely,  and  his expertise on fish management was very welcome.  Two funds were applied to for this project. Both funds were aimed at SME’s (Small and Medium sized Enterprises, or MKB in Dutch). So‐called innovation vouchers could be obtained which allowed SME’s to  hire  knowledge  partners  to  do  research  on  an  innovation which would  stimulate  the  business opportunities of the enterprise.  The  first  application  I  filed  was  for  an  MIT  (MKB  Innovatiestimulering  Topsectoren)  innovation voucher issued by AgentschapNL. This application consisted of filling in an application form. Most of the  form consisted of  formal questions regarding previous subsidies and details of  the applicant  in order  to  check eligibility. Only  a  small paragraph describing  the project was  required. Hence,  this application was quite straight forward. After submitting the application I was called by someone from AgentschapNL. He  informed me that the subsidy would be granted on the condition that we would find  another  knowledge  partner  because  AquaVita  did  not  meet  the  formal  requirements  of ‘knowledge  institute’ set  for the voucher. As we were already working together with AquaVita, we could not meet this condition, hence, the application was rejected. A similar innovation voucher was available for SME’s in Gelderland, issued by FoodValley. A colleague was working on this application and made an appointment with someone at FoodValley. This was a useful meeting, in which we explained the plans TGS had with aquaponics in general and the system in  Driel  specifically.  FoodValley  was  very  enthusiastic  about  the  ideas,  and  we  got  some  useful insights in the assessment criteria that were used by FoodValley.  After this meeting, the application form was filled  in by a colleague. This application form was a  lot more elaborate  than  that of  the MIT  innovation voucher. The  information we obtained during  the meeting was quite useful and  I helped with answering  the questions  in such a way  that  it met  the assessment criteria as much as possible. Shortly after the application, the subsidy was granted. In the project design,  I contributed by designing a research plan. This  included,  for  instance,  listing the variables which should be monitored and at what frequency, and listing the variables which could be manipulated. I also advised on cold‐resistant plant species which could be used, and other mostly plant related technical aspects of the system. The specific design for the system was primarily made by  a  colleague  in  consultation  with  mr.  Van  Zanten,  and  little  contribution  from  my  part  was necessary (Figure 2). My colleague, mr. Van Zanten, and  I started building the system  in November and after a short period of cycling the  fish and pre‐grown seedlings were  introduced at  the end of December/beginning of January (for an overview in pictures, see Appendix I – Photo overview of the system in Driel).  

4 

 

 Figure 2: Design of the Aquaponics center in Driel (by Rutger Toorman) 

Iraq 

Another project I was involved in was a project in Iraq. The starting point of this project was a local contact who was  in  the process of building  an  aquaponics  system  in Basra with help of  the  local University. He had contacted us to seek technical advice and suggested to work together to expand his project, and  in September I was assigned as his primary contact. However, he did not have very specific ideas about what this expansion would imply and asked for our suggestions. Also, it was not known  whether  any  funds  would  be  available.  Hence,  there  was  little  framework  available  for designing the project. However, we designed a very basic project in which an aquaponics training and distribution  centre  would  be  set  up.  This  kind  of  centre  would  be  very  much  in  line  with  the objectives of TGS. This basic project design could be easily adapted  in case the  local partner  in Iraq would be able to provide us with a better defined project context. However, it could also be adapted to  other  projects  in  other  countries.  I wrote  a  draft  for  a  proposal  for  the  designed  project.  The proposal  included,  amongst  others,  an  explanation  of  the  functioning  and  opportunities  of  food production using aquaponics, a description of TGS and their past experiences with aquaponics, the objectives  of  building  an  aquaponics  centre,  a  description  of  some  of  the  steps  necessary  for implementing  the project  (e.g.  feasibility  study), etc.  Initially,  this proposal was aimed at  the  Iraqi context. Hence,  I did some  literature research concerning this context (for  instance regarding agro‐ecological conditions, current agricultural production,  food security and consumption, employment levels, business climate). One paragraph in the proposal was specifically about the Iraqi context, and how aquaponics systems would fit  in here.  In other paragraphs, references were made to the  Iraqi context. I also was  involved  in searching for funding resources for this project. For this purpose,  I contacted the Dutch Embassy  in Iraq, but I was redirected to AgentschapNL. Currently, there were no funding opportunities available for such a project in Iraq. However, a new fund would open up for Iraq, and could be applied for in 2014. Other funding opportunities did not come to any results yet, either. 

Indonesia 

A specific fund which could be applicable for an aquaponics project was brought under our attention through  the Dutch Embassy  in  Indonesia. Based on an  initial  screening of  the call  for proposals  in which  some  of  the  requirements were  identified,  contacts were  sought with  existing  partners  in Indonesia.  As  these  partners  were  enthusiastic,  it  was  decided  to  aim  at  implementing  a  large aquaponics project there. 

5 

 

The requirements  for the specific call  for proposals gave a  framework  for designing the project  for instance  in  terms of  some broad objectives and partnering  requirements.  In  consultation with  the local  partners,  the  objectives  of  the  project were  established  based  on  both  the  local  context  of constraints and resources and local demands and the objectives of TGS concerning entrepreneurship and social change. Information on the local context was partially received through the local partners, and partially obtained through literature review, largely using internet resources. I was involved in this project from the start. Based on the call for proposals, I made a summary of the requirements of the fund, which provided a clear overview to be used in designing the project. Also, I did a lot of background research which we used in the design phase. During the brainstorm sessions I made valuable contributions through bringing in own ideas and critically assessing others (Figure 3). 

 Figure 3: Result of one of the brainstorm sessions on the Indonesia project 

The project would be a research project. Apart  from TGS and  the known  local partners  (who were involved in community development), the University of Palangka Raya would also be a partner in this project. In an experimental setup, aquaponics pilot systems varying in size, design, and level and type of input would be built in order to gain knowledge on aspects such as obtainable production levels, nutrient balances, required inputs such as fish feed, construction materials and technical equipment, and management strategies for different fish and vegetables  in the different experimental systems. Through participatory focus group meetings with the  identified target groups, the different systems would be demonstrated and evaluated, discussing the objectives, preferences and constraints of the target  groups. Also, market  research would be executed. Based on  the  research outputs,  suitable aquaponics systems would be designed  for  the  target groups. Consequently, an aquaponics centre would be established where systems will be demonstrated and produced. People would be able to buy all necessary  inputs and receive training and advice for starting and maintaining an aquaponics system at the centre. 

6 

 

I wrote  a  project proposal  for  this project design.  The proposal was quite  comprehensive.  It was meant to use as a starting point for funding applications, but also for internal use in the consortium. The project had been designed  in consultation with  the different partners. However,  this proposal was written entirely by TGS. It would be sent to all consortium members for feedback and approval, therefore,  all  plans  were  explained  in  as  much  detail  as  possible.  For  writing  the  proposal, background  information  was  gained  through  consulting  the  consortium  partners  and  literature research.  As  part  of  the  project  proposal,  a  budget was made  by  a  colleague.  The  proposal was critically reviewed by colleagues of TGS at various stages.  As mentioned, the proposal was quite elaborate. It was not written to meet the requirements of the proposal as stated in the call for proposals for the Applied Research Fund, issued by Wotro, on which the project was based. Although the proposal largely followed the required paragraphs, it had to be rewritten, especially to meet the criteria of word count limitations. To achieve this, it was important to  determine which  of  the  information Wotro would  require  in  order  to  positively  evaluate  the project. Many details had to be removed, and what remained had to be drastically reformulated. This proved to be a notorious  job, but with some  input from colleagues,  I managed to write the project description as required for the fund application. Other components of the application (a Consortium Agreement,  the  budget,  and  some  other  appendices  such  as  CV’s  of  consortium members) were prepared  by  colleagues  and/or  provided  by  the  consortium  partners,  after which  I  sent  the  full application to Indonesia for submission. Decisions regarding the approval of the grant will be made known in April. For  the  same  project,  a  USAID  grant  ‘Securing  Water  For  Food’  was  found  to  be  appropriate. Application for this grant occurs in several stages. In January, a concept note can be submitted. After evaluation of all submitted concept notes, USAID will make a selection of projects for submitting a full  project  proposal,  which  will  again  be  evaluated,  followed  by  a  round  of  interviews,  etc. Fortunately,  the requirements  for the concept note are not very complicated, and  for a  large part, the project proposal as used for the ARF can be used. This concept note will be submitted before the end of January. 

Almelo 

When I started at TGS, a promising project was a project in cooperation with a green college and the food  bank  in  Almelo.  A  system would  be  set  up  at  the  school.  Students  and  teachers would  be involved  from  the  start  and  the  project would  be  integrated  into  the  curriculum.  Produce would partially be sold at certain occasions at  the school, but most of  the produce would go  to  the  food bank. Volunteers of  the  food bank would  also  contribute  to  the management of  the  system  (e.g. feeding the fish and harvesting of vegetables) during weekends and school holidays. A  declaration  of  intention was  signed  by  TGS,  the  school,  and  the  food  bank  in  October.  Some questions were  raised by  the  school during  the meeting  regarding  the economic  feasibility of  the projects,  and  it was  agreed  that  TGS would  provide  some more  information  for  instance  on  the possibilities of marketing the fish. Also, the food bank had applied for a fund and was awaiting reply. Hence, the final decision regarding execution of the project was postponed. Unfortunately,  the  school  apparently  was  not  as  interested  in  the  project  as  suggested  by  the representative with whom the project plan had been initiated. Also, the fund was refused. Although the project has not officially been refused by the school, it does not seem that it will be executed. 

Other 

As  described  under  ‘Iraq’,  I  wrote  a  project  proposal  for  an  aquaponics  centre.  I  adapted  this proposal  for similar projects  in other countries. For  this purpose,  I did research regarding  the  local context of the country or region in question and integrated the finding in the proposal. 

7 

 

Through a contact of my supervisor,  I got an email address  from somebody working  in  the Middle East for Caritas.  I contacted her,  initially proposing the aquaponics centre project for  Iraq. She was enthusiastic  about  the  potential  of  aqauponics  and  we made  a  Skype  appointment.  During  this conversation, she suggested that aquaponics might be very suitable for projects in cities in Gaza and the West Bank, where natural  resources were  scarce,  import of  food expensive, and people quite entrepreneurial  and  open  to  start  new  businesses. We  sent  her more  documentation  regarding aquaponics,  for  which  we  wrote  a  very  to‐the‐point  proposal  with  some  of  the  possibilities  of different projects with different  systems. She would present  the options on her visits  to different local partners  in December, and also applied for an  internal fund of Caritas for  innovative projects. The fund was assigned; however, it is not clear yet whether the local partners are interested. 

Miscellaneous 

Screening of funding opportunities 

In order to be able to implement projects, TGS is largely dependent on external funding. Sometimes this  funding can be  found  through partnering with other companies or  institutions.  In many cases, TGS applies for additional funding through various subsidies and grants. I did a screening of funding options.  The  screening was  primarily  based  on  internet  research  of  companies who  issue  funds, agencies like AgentschapNL and Dienst Regelingen, and a broad range of development foundations. I also  looked  into  the  possibilities  of  acquiring  funding  through  various  crowd  funding  platforms.  I made  a  list  of  all  options with  their  key  characteristics  (eg  eligible  countries  of  implementation, maximum  award,  duration  of  the  project, main  themes  for which  the  application  could  be  filed, procedure), and a  short document broadly describing how  to  find  funds and a broad definition of options. The list should be kept up to date regularly. 

Informative publications 

I was involved in composing various publications such as flyers, brochures, internship vacancies, and website  texts. Sometimes  I was  the person responsible  for  the publication, other  times  I  fulfilled a revising task. The publications were written for various purposes and people, and the style of writing was adjusted accordingly. 

Networking 

Networking  is of crucial  importance  for TGS. Through networking, contacts are made with experts, potential partners, potential  funders, etc.  I contacted existing contacts of TGS  for various projects. This  happened mainly  through  email,  and  sometimes  resulted  in  Skype  appointments  (as many contacts are abroad). I also established new contacts. For the research I was doing regarding Saline Aquaponics,  I contacted various experts from research  institutes and companies that  I came across during  the  research.  Through  these  contacts,  I  gained  some  valuable  information  both  through reports  and  through my  conversations with  them.  Similarly,  after  reading  an  article  by  two WUR scientists  involved  in aquaponics  related projects,  I made an appointment with  them  in which we received some valuable  input. Contacts  like these will remain useful, as many of them are open to future  questions  and  possibly  even  cooperation  in  research  projects.  I  also  contacted Wetlands International  for  possibilities  of  cooperation  in  the  Indonesia  project,  and  we  have  arranged  a meeting at the end of January. I  also  approached  other  people  for  funding,  both  from  governmental  agencies  and  private companies. Often these contacts did not directly  lead to funding opportunities, but they may prove to be valuable in the future. 

8 

 

In November, I attended a day organised by Cordaid (the Dutch Caritas) for people aiming to start a Private  Initiative. This was a very  interesting day with workshops  (for  instance about  fundraising  in the  Netherlands,  or  about  starting  a  project  in  a  particular  country)  and  plenty  of  time  for networking.  Apart  from  the  valuable  input  from  the  workshops,  I  also  established  some  useful contacts on this day. 

Meetings 

During my time at TGS, I attended various meetings. During internal meetings the progress of various running  projects was  discussed,  updates were  given,  future  steps were  identified  and  tasks were divided. External meetings  included meetings with experts, a business breakfast  in Rotterdam,  the presentation of an aquaponics project in Alphen a/d Rijn, a meeting at FoodValley Wageningen, etc. 

Answering various questions 

Sometimes, questions arose for instance during meetings or project design. I have answered several research  questions  on  different  topics,  some  of  which  were  not  related  to  aquaponics.  Topics included  the  possibilities  of  integrating  sea  cucumber  into  an  aquaponics  system,  biological certification  of  aquaponically  produced  vegetables,  marketing  options  of  fish,  certification requirements of  fish production  and processing,  credibility of  claims of  a biological  soil enhancer, levels  of  evaporation  from  aquaponics  systems,  etc.  These  questions  were  answered  through literature and  internet research, but also through talking to people at the  local fish store, the open market, and a local biological supermarket. 

Literature reviews 

Although TGS had already established several aquaponics systems, there were still many questions regarding  the  biological  functioning  of  the  system. Most  of  the  information  that  TGS  used  was obtained  through  forums  on  the  internet,  and  a  ‘How‐to‐guide’  for  building  home  systems. Therefore,  I conducted a  literature study about  the  functioning and application of aquaponics. The resulting review can be found in Appendix II – Aquaponics – A literature review. Following some problems and suggestions we encountered during several projects, questions arose regarding  the  possibilities  of  establishing  saline  aquaponics  systems.  TGS  did  not  know  anything about  this  topic  yet,  and  it was  unknown what,  if  any,  the  possibilities would  be.  Therefore,  the research was quite broad. Results can be found in the review about Saline aquaponics (Appendix III – Feasibility of saline aquaponics – A literature review). 

9 

 

Reflection 

During  the  first meeting  that  I had with my  internship  supervisor of TGS  (Klaas Evers), he  told me about  the work  of  TGS  and  how  this  is mainly  done  on  project  base.  This  kind  of  project work includes many aspects such as fund raising, networking, and writing project proposals, with which I had little experience. My supervisor mentioned that I would probably get quite some responsibilities and would be expected to work quite independently on all aspects of a project. This both frightened and excited me, and it would definitely be challenging. Moreover, these were actual projects, where something real was at stake!  I realised  that, especially by crossing my own boundaries,  I would be able  to acquire and  improve many  skills and  competencies during  this  internship which  I had not drawn that much upon during my studies. During the first days and even weeks of my internship, I was not very confident and asked for quite some feedback and confirmation from my supervisor. I even had him read my emails before I actually sent  them! Gradually,  however,  I  noticed  that  I  gained more  confidence.  I  started working more independently  and  also  dared  to  take more  initiatives without  consulting my  supervisor  first. Of course,  this  depended  on  the  implications  of  the  initiative.  I  found  a  balance  between  working independently, doing as  I was  told, and  taking  initiatives,  in which  I also asked  for  feedback when appropriate. I  also  gained  confidence  in  the  interaction  with  contacts  such  as  experts,  project  partners,  and potential  funders.  This  interaction  consisted of  emailing,  telephone  and  Skype  conversations,  and actual meetings. Especially at  first,  I preferred emailing people. That way,  I had as much  time as  I needed  to  carefully weigh  and  reweigh my words,  and  could  reread  and  if  necessary  rewrite my emails  prior  to  sending  them.  Also,  I  would  not  have  to  be  afraid  to  be  confronted  with  an unexpected question to which I would not have an answer immediately. Slowly, I started to take less time for my emails, as I realised that my first version of an email was usually fine, and with that, most people could care less about the exact words I was using. I did not like telephone calls. I was always quite hesitant to call someone, and I would always take a deep  breath  first  while  feeling my  heart  thumping.  This  was  especially  the  case  because  these telephone calls could be quite important, and I thought that they could mean the difference between getting  funding or not, or being  able  to partner with  someone or not.  Fortunately,  this  improved drastically  during  the  course  of  my  internship.  Partially,  this  was  because  I  realised  that  these telephone calls were not as  important as  I had made myself believe. For a  large part,  it was simply because I learned that I was actually not that bad at talking to people, explaining them the objectives of TGS, explaining aquaponics, and explaining why I had called them. Also, I always prepared myself prior to making a call by identifying exactly what my purpose of contacting this person was and what objectives  that person might have  regarding  that  purpose,  and  I made  some notes  regarding  the questions that I needed to ask and things that I needed to explain. Prior to an actual meeting,  I made similar preparations. For one meeting, my supervisor had asked me the day before to lead that meeting. I was happy with getting this opportunity and learned a lot from it, especially after evaluating the meeting with my supervisor. During the meeting, I could have taken  more  initiative  in  leading  the  conversation.  Although  all  the  aspects  which  I  had  on  my ‘agenda’ had been covered, this could have been done more efficiently if I had dared to interrupt the speakers to politely direct them to specific topics of concern. It wasn’t that what was being discussed was not useful or interesting, but it is good if somebody takes a leading role in such a meeting and in this  case  that  someone  should  have  been  me.  Although  this  partly  is  a  matter  of  style  and preferences, I should take a bit more initiative in such meetings. During my  internship,  the  importance of  ‘staying on  top of  things’ when  it comes  to contacts was confirmed. Very regularly, I needed to email and/or call people to confirm whether they had received 

10 

 

my emails, to remind them to follow up, and just to keep in touch. Personal contacts may be tedious in  this  respect,  however,  they  often  offer  more  opportunities  than,  for  instance,  formal  online registration forms. As  I  already  knew,  structure  is quite  important  for me  in  several ways.  Especially during  the  first weeks of my  internship,  I did not have a clear overview of what  I should be working on within the projects  to which  I was  assigned.  This  caused me  to work  relatively  inefficiently.  Later,  I  started dividing  the work  that needed  to be done  into more delineated  tasks.  I made weekly plannings  in which  I wrote what tasks I was planning to work on per half day, and set deadlines for myself. This way, I could also work towards tangible results, which fits to my working style. When  writing  a  document,  I  also  need  to  start  with  structuring.  First,  the  objective(s)  of  the document need to be established. What message needs to be conveyed, and to whom? Then, a draft can be made of  the  structure of  the document,  for  instance by  indicating  the paragraph  titles,  to establish a  logical order  in which all aspects that need to be covered can be presented. The actual writing is far easier once this structure is present. I used this method for writing documents such as project proposals, but also when writing the reviews it was very useful. This is especially clear when comparing my  way  of  working  between  the  two  reviews.  For  the  general  Aquaponics  review,  I worked according to the method as described above. I formulated the research question that I would like to answer through the review, designed a structure for the review, and approached the review accordingly. For  the  review on Saline aquaponics,  I worked  less  structured. This  led  to  some extra work as, after writing several more or  less separate paragraphs,  it was not that straight forward to turn them into one logical story. It was very clear that  I was the one responsible for the reviews. Although  I could ask for feedback, involvement of others was nearly absent. For many other documents, however, we were involved in the writing as a team. I found that in this case it needs to be clear who is the main author and who gives  feedback,  and whether  feedback  implying making  changes  to  the  document  is  given  as  an advice or as a direct call for change.  During  this  internship,  I  learned a  lot about project based work and  the world of networking and funding. One thing which struck me, for instance, was how one project design could be presented in very  different way  according  to  the  public  and  their  objectives  and  preferences.  Emphasis  of  an aquaponics  project  could  be  on  themes  such  as  food  security,  water  saving,  or  employment.  A proposal could emphasise the research component of the project, the innovativeness of aquaponics, or the economic benefit that either the local community or the SME‐sector of Gelderland could gain with  the  project.  Especially  for  fund  applications  it was  important  to  fit  the  presentation  of  the project into the application requirements, resulting in quite different proposals for the same project. Of course, I also learned a lot about aquaponics during my internship. I had never heard of it before. It was interesting to apply a lot of knowledge that I obtained during my studies in Biology (BSc) and Plant Sciences (MSc) to this new concept. Although I was often confronted with questions to which I had no answer,  I understood  the biological principles of  the system. Therefore  I could more easily understand information available on aquaponics and apply other information regarding the different components. 

11 

 

Acknowledgements 

I would  like  to  thank  Hans  Hamoen,  Klaas  Evers  and  Rutger  Toorman  of  TGS  for  giving me  the opportunity  to  work  with  them,  giving me  feedback,  and  sharing  their  stories,  experiences  and knowledge. I would also like to thank Peter Leffelaar for giving me his comments and feedback, often outside  office  hours.  Furthermore,  gratitude  goes  to  the  experts who were willing  to  share  their knowledge,  the people who  I  contacted  for  various projects,  and others who have  supported me during this internship in various ways. 

12 

 

Appendix I – Photo overview of the system in Driel 

 

 

The building of the system Top left: the bottom of the raft bed was covered with isolation material Top right: sowing the beams for the media grow bed Bottom, from left to right: construction of the media grow bed, inside of the filter, and some of the plumbing of the system with pipes from the fish tanks to the solids filter to the media grow bed 

13 

 

Cleaning the lava stones Left and below: almost one whole m3 of lava stones had to be  rinsed  to  remove  lava  dust  prior  to  inclusion  in  the media grow bed of the system.  

  

  Above left: filling the system with water Above right: the fish tanks, with netting to prevent fish from jumping out 

14 

 

  

 

 

 

 

   Above 

left:  the whole 

system. Above 

right  from  top  to  bottom:  pre‐growth  of  seedlings,  the water  thermometer,  and  the  first water sample to be sent for analysis.  Below: the spinach in a raft, and a net pot clearly showing the emerging plant roots 

15 

 

 

 

Appendix II 

Aquaponics – A literature review 

J.A. van Vliet 

 

Contents Abstract ................................................................................................................................................. 18 

Introduction ........................................................................................................................................... 20 

Aquaponics: the system ........................................................................................................................ 22 

Fish tank(s) .................................................................................................................................... 22 

Solids filter ..................................................................................................................................... 22 

Media grow bed ............................................................................................................................ 23 

Raft grow bed ................................................................................................................................ 24 

Nutrient Film Technique ................................................................................................................ 24 

Sump tank ...................................................................................................................................... 24 

Water pump .................................................................................................................................. 25 

Aeration pump .............................................................................................................................. 25 

Aquaponics: biological background ....................................................................................................... 26 

Nitrogen ......................................................................................................................................... 26 

Other nutrients .............................................................................................................................. 26 

Solids ............................................................................................................................................. 27 

Oxygen ........................................................................................................................................... 28 

pH .................................................................................................................................................. 29 

Ratio plant‐fish .............................................................................................................................. 29 

Temperature .................................................................................................................................. 29 

16 

 

Irradiance ...................................................................................................................................... 30 

Plant and fish diseases .................................................................................................................. 30 

Production ............................................................................................................................................. 31 

Application ............................................................................................................................................ 33 

Current technical knowledge gaps ........................................................................................................ 37 

Conclusions and recommendations ...................................................................................................... 39 

Bibliography ........................................................................................................................................... 41 

 

17 

 

18 

 

Abstract 

Aquaponics is a recirculation system in which the production of fish is combined with the production 

of vegetables. In the system, the fish waste water is biologically filtered through the use of bacteria, 

and the nutrients are extracted and utilised by the vegetables after which the water can flow back to 

the fish. Fish and vegetable production using aquaponics systems can be high and requires only small 

amounts of water, no fertile soil, and no additional (chemical) fertilisers. Aquaponics  is thus argued 

to be a  very efficient and  sustainable  food production method. An aquaponics  system  consists of 

several components such as fish tanks, vegetable grow beds, and pumps. The design of a system will 

depend on the objectives to be reached with the system and the resources available for building and 

maintaining it. For appropriate biological functioning, aspects such as nitrification requirements, solid 

removal and temperature within the system will have to be taken into account in the system design. 

Currently,  large  scale  commercial  production  does  not  seem  to  be  economically  feasible.  Urban 

agriculture with high  interaction with  the consumer, and  introduction of aquaponics  in developing 

countries may  both  be  suitable  applications  of  the  technology.  Part  of  the  problem  of  designing 

profitable large scale commercial systems is the lack of thorough understanding of the functioning of 

aquaponics systems. The integration of aquaculture with horticulture leads to interactions which are 

not  well  understood. More  research  is  necessary  in  order  to  develop  this  technology  to  its  full 

potential. 

19 

 

20 

 

Introduction 

The world’s population is predicted to increase to 9 billion people by 2050. Competition over natural 

resources,  such  as  land  and  water,  is  intensifying.  Increasing  resource  use  efficiency  in  food 

production is crucial in meeting global food demands. Innovative approaches are needed across the 

agricultural sector  to  increase  productivity  while  conserving  natural  resources  and  using  inputs 

sustainably and efficiently (FAO, 2013b). This report will focus on the production of vegetable crops 

and fish. 

In conventional crop production, major problems arise from the availability of fertile agricultural land 

and water. Adverse climatic conditions such as erratic and/or  limited rainfall have aggravated over 

the  last decades, while erosion and soil nutrient depletion  further decrease  the area which can be 

readily  used  for  crop  cultivation  (IPCC,  2007;  Bossio,  2013).  Irrigation  and  fertilisation may  offer 

solutions,  and  other  technologies  such  as  use  of  pesticides  can  also  increase  production  levels 

(Murshed‐E‐Jahan  and  Pemsl,  2011).  However,  these  technologies  may  not  be  environmentally 

sustainable,  and  are  often  inaccessible  to  many  farmers  due  to  the  required  high  capital  and 

technological investment associated with these technologies (Murshed‐E‐Jahan and Pemsl, 2011). 

In many countries, fish are the main source of protein. Aquacultural production is increasing and now 

provides  nearly  50%  of  the world’s  consumption  fish  (FAO,  2013a).  In  aquaculture, waste water 

management  is  of  crucial  concern.  Aquacultural  practices  can  negatively  impact  the  adjacent 

environment  through  the  discharge  of  output  effluents  into  the  surrounding  area  (Martins  et  al., 

2010). The effluents contain suspended solids,  treatment chemicals and excess nutrients  from  fish 

waste and  leftover fish feed,  leading to problems of salinity, eutrophication and chemical pollution 

(Cheng,  2010). Other  problems  involve  the  high  use  of medication  and  antibiotics  in  aquaculture 

(Boyd et al., 2005). 

Several technologies have been developed that address the above issues. The most relevant of these 

technologies  for  this  review  are  hydroponics,  Recirculation  Aquaculture  Systems,  and  Integrated 

Aquaculture‐Agriculture. 

In hydroponics, crops are grown on nutrient solutions. Hence, soil is no longer required, and the use 

of water and nutrients is much more efficient than in conventional agriculture (Grewal et al., 2011), 

while production  is higher both  spatially and  temporally  (AquaponicsUK, 2013). However,  input of 

water and nutrients is still required, and may not always be at hand. 

The problems of waste water management  in aquaculture have  led  to  the development of various 

solutions.  In  Recirculating  Aquaculture  Systems  (RAS),  the  waste  water  undergoes  treatment  to 

enable recirculation of the water to the fish. Depending on the efficiency of the treatment methods, 

the water exchange  rate  can be  reduced  from over 50 m3  to  less  than 0.1 m3 per kg of  fish  feed 

(Martins et al., 2010). However, the more efficient treatment methods require higher investments in 

technology and  capital. Also,  the products  that  remain after  treatment  (such as  sludge and water 

with high concentrations of contaminants),  though of potential value, often  remain unutilised and 

may cause environmental problems if discharged (Martins et al., 2010).  

21 

 

A method  to discharge  the waste water  is  through  the use of  Integrated Aquaculture‐Agriculture 

(IAA),  in which  the waste water  is applied as  irrigation water  to  field crops. This method  increases 

resource  use  efficiency  (Murshed‐E‐Jahan  and  Pemsl,  2011).  However,  some  of  the  problems 

mentioned  above  still  apply,  as  many  of  the  valuable  nutrients  and  water,  but  also  harmful 

contaminants, will be lost through leaching (Brown et al., 1999). 

Aquaponics  is  a  combination  of  integrated  aquaculture‐agriculture  (IAA)  and  recirculation 

aquaculture systems (RAS) in which hydroponics is incorporated into an RAS as part of the treatment 

of the waste water prior  to recirculation  (Rakocy et al., 2006). Through the combination of several 

technologies and the high level of integration between the different subsystems, aquaponics can be 

a highly efficient and sustainable system for the production of both vegetables and fish as several of 

the  problems  of  different methods  are  solved while  the major  benefits  are  retained  (Bernstein, 

2011). 

22 

 

Aquaponics: the system 

Aquaponics is a recirculation system in which the production of fish is combined with the production 

of vegetables (Figure 1). 

 

Figure  1:  Various  aquaponics  systems  varying  in  size  and  complexity  (from  left  to  right: 

www.kickstarter.com, www.growingpower.org, www.jandjaquafarms.com). 

 

In the system, the fish water is biologically filtered through the use of bacteria, and the nutrients are 

extracted and utilised by the vegetables after which the water can flow back to the fish. Hence, use 

of nutrients and water is highly efficient. An aquaponics system may consist of several components. 

Fish tank(s) 

The  fish  tanks  have  to  contain  an  adequate  amount  of  water  for  the  amount  of  fish  that  is 

maintained  in  the  system.  The  appropriate  stocking  density will  differ  between  fish  species.  For 

Tilapia, a stocking density of about 60 kg of fish per m3 is often applied (Losordo et al., 1998; Rakocy 

et  al.,  2006).  Stocking  density  also  depends  on  the  objectives  of  the  system.  In  conventional 

aquaculture  achieving high production  levels, Tilapia densities may  reach 200  kg m‐3.  In biological 

Tilapia cultures, a maximum stocking density of 20 kg m‐3 is allowed (Schuilenburg, 2012). Sometimes 

one  tank  is used; other  systems make use of multiple  tanks.  This  allows  for  sequential  rearing of 

batches of fish or having different kinds of fish in one system. 

Solids filter 

For the removal of solids from the fish effluent (see below under Solids), usually some sort of filter is 

installed between  the  fish  tank and  the media grow bed. Methods mostly used  for  the  removal of 

solids  are  based  on  settling  and  sieving,  for  instance  using  settling  basins,  screen  filters,  or  swirl 

separators (Figure 2, Danaher et al., 2013). 

23 

 

 

Figure 2: From left to right: examples of a settling basin (water.me.vccs.edu), a screen filter (www.process‐

controls.com) and a swirl separator (api.ning) 

Media grow bed 

The media grow bed is filled with gravel or pebble‐like media to provide support to the plant roots, 

act as a solid waste filter, and for air and water exchange (Figure 3). The media also provide growing 

surface for bacteria. Often, gravel, lava rock or expanded clay is used. The media should not alter the 

pH of the water, shouldn’t break down or decompose and be of the proper size. If the media are too 

small, it will easily get clogged by solid waste and is too compact for air and water exchange. Media 

that are  too  large will  create  large empty  spaces, making  them unsuitable  for  root establishment. 

Media of about 12‐18 mm  in diameter are considered  the  right size, and  the media bed  is usually 

about 30 cm deep (Bernstein, 2011). 

 

Figure 3: A media bed with expanded clay pellets (usaquaponics.files.wordpress) 

 

In  the media bed, an ebb‐and‐flow system can be created  through  the use of an auto siphon or a 

timed pump, depending on the arrangement of the system. The tank is filled up with water from the 

fish tank(s) and then drained to the raft grow bed, the sump tank, or directly back to the fish tank(s) 

(depending on  system design) at  intervals. This ebb‐and‐flow  system allows  for proper aeration of 

the plant roots. 

24 

 

Raft grow bed 

A raft grow bed does not contain media, only water. Rafts (often made of polystyrene) float on the 

water or are placed just above the water to allow for more aeration. Pots containing the plants are 

placed in holes in the rafts, with their roots largely submerged in the water (Figure 4). 

 

Figure 4: Vegetable production on a raft grow bed (aquaponics.com) 

Nutrient Film Technique 

Another hydroponic technique sometimes used in aquaponics systems is the Nutrient Film Technique 

(NFT,  Figure  5).  NFT  systems  consist  of  narrow  plastic  channels  for  plant  support with  a  film  of 

nutrient solution flowing through them (Rakocy et al., 2006).  

 

Figure 5: Vegetable production using Nutrient Film Technique (people.morrisville.edu) 

Sump tank 

A sump tank  is sometimes added to the system.  It  is placed at the  lowest point of the system, and 

water flows into the tank through gravity, while a pump carries the water back to the fish tank(s) or 

the grow beds. The sump tank acts as a buffer to prevent water level fluctuations in the fish tank as a 

consequence of water loss and the ebb‐and‐flow system (if present) (Rakocy et al., 2006; Bernstein, 

25 

 

2011). The sump  is also a good  location  for  the addition of base  to  increase  the pH  in  the system 

without creating a rapid increase to toxic pH levels in the fish tank (Rakocy et al., 2006). In small scale 

systems, the sump tank is often omitted.  

Water pump 

Usually, the water is transported through the system largely based on gravity. A water pump is only 

needed to bring the water back from the lowest point of the system to the highest component. The 

arrangement of the components of the system determines where the pump should be placed. The 

entire water body  in the system  is usually cycled every hour. This  is especially  important to provide 

the  fish with  clean,  filtered water.  Plants  are  less  susceptible  to  a  low  rate  of water  circulation 

(Bernstein, 2011).  

Aeration pump 

Oxygen  is needed by plants, bacteria and  fish  (see below). Although  some oxygen  is added  to  the 

water through the ebb‐and‐flow system in the media grow bed and the pumping of the water, more 

oxygen can be added to the fish tanks and the raft grow bed to ensure optimal production. This  is 

usually  done  through  installing  an  aeration  pump  connected  to  several  aeration  stones  on  the 

bottom of the tanks and beds. 

 

Many  different  sizes,  combinations  and  arrangements  of  these  components  are  possible.  Some 

systems do not have both a raft bed and a media bed, some systems do not make use of aeration 

pumps, or sump tanks, and so on. Other systems include other components, such as degassing units 

(which won’t be described in this review). The design of a system will depend on the objectives to be 

reached with the system and the resources available for building and maintaining it. Below, the most 

important aspects for proper functioning of an aquaponics system are explained. Any system has to 

be designed in such a way that all these aspects are taken into consideration. 

26 

 

Aquaponics: biological background 

Several biological aspects are of  crucial  importance  in an aquaponics  system and need  to be well 

balanced for the system to function properly. 

Nitrogen 

Fish excrete nitrogen in the form of ammonia into the water through their gills (Rakocy et al., 2006). 

This  ammonia  is highly  toxic  to  the  fish. A  group of nitrifying bacteria  (Nitrosomonas) utilises  the 

ammonia as an energy source for growth and produce nitrite as a by‐product. This nitrite is still toxic, 

but is readily oxidised to nitrate by a second group of nitrifying bacteria (Nitrobacter).  

 

Nitrosomonas:  2 NH4+ + 3 O2  2 NO2

‐ + 4 H+ + 2 H2O 

Nitrobacter:  2 NO2‐ + O2  2 NO3

‐ 

 

In conventional RAS, biological filtering is most commonly used to convert ammonia into nitrate, and 

this  is also used  in aquaponics. The biological filters consist of a substrate with a  large surface area 

where  the nitrifying bacteria attach and grow. Commonly used substrates  in RAS are gravel; sand; 

and plastic beads, rings, tubes and plates (Losordo et al., 1998). Within aquaponics systems, part of 

the surface area is provided by the media bed and/or the rafts, as well as in the sedimentation filter. 

Nitrate  is  not  highly  toxic,  but  high  levels  of  nitrate  will  eventually  negatively  influence  fish 

production. In conventional RAS with nitrification filters, the concentration of nitrate is a determining 

factor  for  the water  exchange  rate,  as  high  levels  of  nitrate  eventually  negatively  influence  fish 

production (Martins et al., 2010). Denitrification reactors may be installed, but these anoxic reactors 

are expensive, high‐tech and knowledge intensive (Martins et al., 2010). In aquaponics systems, the 

nitrate  which  is  formed  through  nitrification  is  utilised  directly  by  the  plants,  eliminating  the 

necessity of  installing  these  reactors  to  reduce water exchange.  In addition, many other dissolved 

nutrients from the waste water are utilised by the plants (Rakocy et al., 2006). 

Ako and Baker (2009) indicate that, at a pH of 8, ammonia is toxic at a concentration of 17 mg L‐1 and 

nitrite at 8 mg L‐1. Nitrate levels should be maintained at about 47 mg L‐1. 

Other nutrients 

Plants require a range of nutrients  in different concentrations  (Raven et al., 2005). Some nutrients 

may be  toxic at high  levels. Acceptable nutrient  levels depend on  the plants’ ability  to extract and 

tolerate different concentrations of nutrients (Savidov, 2004). The fish  in the system do not rely on 

the nutrients present  in the water as their nutrient uptake occurs through the feeding on fish feed. 

However, high levels of certain nutrients may be toxic to fish. 

The essential nutrients for plants are represented in Table 1. 

27 

 

 

Table 1: Essential nutrients for most vascular plants and internal concentrations considered adequate  (Raven et al., 2005) 

Element  Chemical Symbol  Form Available to Plants  Adequate Concentration in 

Dry Tissue (mg/kg) 

Micronutrients       

Molybdenum  Mo  MoO42‐ 0.1 

Nickel  Ni  Ni2+ ? 

Copper  Cu  Cu‐, Cu2‐ 6 

Zinc  Zn  Zn2+ 20 

Manganese  Mn  Mn2+ 50 

Boron  B  H3BO3  20 

Iron  Fe  Fe3+, Fe2+ 100 

Chlorine  Cl  Cl‐ 100 

Macronutrients       

Sulfur  S  SO42‐ 1000 

Phosphorus  P  H2PO4‐, H2PO4

2‐ 2000 

Magnesium  Mg  Mg2+ 2000 

Calcium  Ca  Ca2+ 5000 

Potassium  K  K+ 10,000 

Nitrogen  N  NO32‐, NH4

+ 15,000 

Oxygen  O  O2, H2O, CO2  450,000 

Carbon  C  CO2  450,000 

Hydrogen  H  H2O  60,000 

 

Nutrient  availability  depends  not  only  on  concentration,  but  also  on  water  conditions  such  as 

temperature  and  pH.  These  factors  influence  the  form  in which  the  nutrient  is  present  and  the 

solubility of the nutrient. 

Solids 

The plants in the system remove most dissolved fish wastes and products of microbial breakdown of 

fish wastes. However,  removal of solids  from  the system  is still necessary  to sustain  fish and plant 

health (Rakocy et al., 2006; Danaher et al., 2013). The solid waste consists of faecal waste from the 

28 

 

fish,  uneaten  feed,  and  organisms  (eg  bacteria,  fungi  and  algae)  that  grow  in  the  system.  If  this 

organic material  is  left  in  the  system,  in  the  process  of  decay  it will  reduce  oxygen  levels, while 

increasing  levels  of  carbon  dioxide  and  ammonia. When  no  solids would  be  removed  and  deep 

deposits of  sludge are allowed  to  form  in  the  system, anaerobic decomposition may even  lead  to 

production of methane and hydrogen sulphide, both highly toxic to fish. Solids may also accumulate 

on plant  roots  in an aquaponics  system, creating anaerobic zones  that prevent nutrient uptake by 

active transport as this process requires oxygen (Rakocy et al., 2006). Small amounts of solids in the 

system may be beneficial,  though. Decomposition  releases  inorganic nutrients  into  the water. This 

process, mineralisation, supplies several nutrients essential to plant growth. Lack of solids may thus 

lead to a lack of these nutrients, necessitating nutrient supplementation. Hence, an optimum balance 

of solid removal and retention is required (Rakocy et al., 2006). 

Most solid removal occurs through  installed filters and the media bed,  if present (see above under 

Solids filter). Mineralisation of retained solids is enhanced if an ebb‐and‐flood system is used, which 

increases  oxygen  availability.  Inoculation  with  red  worms  (Eisenia  foetida)  further  improves  bed 

aeration  and  assimilation  of  organic matter. However,  occasional  cleaning  of  the medium will  be 

required to prevent clogging (Rakocy et al., 2006). 

Removed solids may be used for associated land agriculture (Rakocy et al., 2000). 

Oxygen 

Plants,  fish  and most bacteria  require oxygen. Plant  roots  require oxygen  for  respiration used  for 

water absorption and nutrient uptake, and to maintain root cell tissue (Rakocy et al., 2006). Under 

normal  conditions,  this occurs  through proper aeration of  the  soil around  the  roots  (Raven et al., 

2005).  However,  in  hydroponics  as well  as  in  aquaponics,  the water  has  to  provide  the  oxygen. 

Hence, the dissolved oxygen (DO) concentration of the water  is of crucial  importance. For  instance, 

DO  concentrations  of  at  least  4  mg  L‐1  are  recommended  for  optimum  growth  of  lettuce  in 

hydroponics  systems,  and  severe plant  stress was observed  at DO  concentrations below  2 mg  L‐1 

(Both, date unknown). Levels are usually maintained at around 8 mg L‐1  in commercial hydroponics 

(Brechner and Both, date unknown). 

Oxygen  requirements  of  fish  are  highly  variable  between  species.  Some  fish,  such  as  catfish  and 

tilapia, are not very vulnerable to  low oxygen  levels. Others, such as trout, require higher  levels of 

oxygen  (Bernstein, 2011). Oxygen demands also depend on  food  consumption. According  to Priva 

(2009), Tilapia needs 600 g of oxygen per kg of feed consumed. 

Both the bacteria involved in the aerobic breakdown of solids (mineralisation) and those involved in 

nitrification  require  oxygen,  which  is  another  reason  for  maintaining  adequate  oxygen  levels 

(Losordo  et  al.,  1998).  This  is  also  one  of  the  reasons  why  at  least  some  solid  removal  is 

recommended: a high amount of solids in the system will increase mineralisation and hence lead to 

depletion of oxygen.  

29 

 

pH 

Efficiency  of  nitrification  is  higher  in  an  alkaline  solution,  pH  7.5‐8.0,  which  is  the  reason  for  a 

relatively high pH  in most aquaculture  facilities  (Savidov, 2004). A high pH also  increases solubility 

and consequently availability of phosphor, calcium, magnesium and molybdenum. However, a higher 

pH  decreases  solubility  of  various  other  nutrients  essential  for  plant  growth,  such  as  iron, 

manganese,  copper,  zinc  and  boron  (Rakocy  et  al.,  2006).  Commercial  hydroponics  systems 

producing lettuce often maintain a pH between 5.6 and 6.0 (Both, date unknown), but a pH between 

5.0 and 7.0  is suitable for most plants (Bernstein, 2011). Tilapia  is reported to survive  in water with 

pH levels between 5.0 and 10.0 (Kotzen and Appelbaum, 2010). Priva (2009) uses a pH between 6.5 

and  8.0  for  Tilapia. Optimum  growth  of  freshwater  fish  in  general  occurs  at  pH  levels  of  6.8‐7.5 

(European  Inland Fisheries Advisory Commission 1969  in Edwards and Twomey (1982)).  It  is argued 

that  the  optimal  pH  of  an  aquaponics  system  is  a  compromise  between  the  optimum  pH  of  the 

plants, fish and bacteria at a pH of about 6.8‐7.0 (Bernstein, 2011). The pH in aquaponics systems is 

often adjusted through adding KOH or other salts leading to a pH increase. The nutrient component 

of the salt may be utilised by the plants (Ako and Baker, 2009). 

Ratio plant‐fish 

The ratio between the amount of fish and the amount of plants in the system is crucial for achieving 

an appropriate nutrient balance (Rakocy et al., 2006). Nutrient levels in the water will depend on the 

level of excretion of  the  fish and  the absorption by  the plants, which may differ between  fish and 

plant species, and depend on other factors such as feeding rate (Seawright et al., 1998; Rakocy et al., 

2006). The total amount of water in the system also influences nutrient concentrations (Rakocy et al., 

2006). Hence,  optimal  ratios  between  fish  and  plants will  depend  on  different  factors. However, 

some rules of thumb are frequently used. For raft aquaponics, (Rakocy et al., 2006) advise a ratio of 

60‐100 grams of  fish  feed per day per m2 of plant growing area with Tilapia being raised  to a  final 

density  of  60  kg  per m3. Although  the  balance  between  the  fish  tank  size  and  the  area  of  plant 

production within an aquaponics system differs between plant and fish species, it lies in the order of 

magnitude of 1:10‐30 fish production (m3):plant production (m2) (Vermeulen and Kamstra, 2013).  

Temperature 

Although the optimum temperature for many plants is around 23oC, most common garden crops will 

still produce at 15oC, and some winter crops such as cabbage can withstand even lower temperatures 

(Rakocy  et  al.,  2006).  The  temperature  of  the  water  is more  important  than  that  of  the  air  in 

aquaponics systems.  In the tropics, high water temperatures reduce the concentration of dissolved 

oxygen in the water for plant respiration (Sikawa and Yakupitiyage, 2010). Although the temperature 

tolerance  range  of  Tilapia  is wide,  optimum  temperature  is  between  28oC  and  30oC  (Kotzen  and 

Appelbaum, 2010). Other fish, such as carp, will grow optimally at lower temperatures (Edwards and 

Twomey, 1982; Bernstein, 2011). Under  suboptimal water  temperature  conditions,  feeding of  fish 

will decrease (Kotzen and Appelbaum, 2010).  

In order  to maintain  the best water  temperature, heating  in winter may be needed  in  temperate 

regions, while cooling may be necessary in the tropics (Rakocy et al., 2006).  

30 

 

Irradiance 

The  amount of  available  light  is  a determining  factor  for plant productivity.  Production  is best  at 

maximum  intensity  and  daily  duration  of  light.  Even  in  heated  greenhouses,  production  may 

decrease substantially in winter if radiation is low (Savidov, 2004; Rakocy et al., 2006). 

Plant and fish diseases 

Pesticides and fish treatment chemicals should not be used in aquaponic systems as these could pose 

a threat to fish, and crops and bacteria, respectively (Rakocy et al., 2006; Blidariu and Grozea, 2011). 

Accumulation of chemicals, even if not directly affecting the production of the system, may deem the 

production  unsuitable  for  human  consumption.  Treatment  of  fish  diseases  using  salt  is  also 

detrimental to plant crops (Rakocy et al., 2006).  

Nonchemical methods  of  integrated  pest management  (IPM) must  be  used  (Rakocy  et  al.,  2006; 

Blidariu  and  Grozea,  2011).  Parasitic wasps  and  ladybugs  can  be  used  to  control white  flies  and 

aphids. Caterpillars and moth  larvae can be controlled  through  spraying with Bacillus  thuringiensis 

(Seawright et al., 1998; Rakocy et al., 2006). Thrips can be controlled with the parasitic spider mite 

Encarsia  formosa  (Seawright  et  al.,  1998). Although  the  use  of  neem  oil  to  repel  pests  has  been 

suggested, this may block fish gills and be an antibiotic and should hence not come into contact with 

the water  (Bernstein, 2011; BackyardAquaponics, 2013).  Insecticidal soaps are also used  to control 

insect pests, however, as neem oil, these soaps can harm the fish (Seawright et al., 1998; Bernstein, 

2011). 

A benefit of growing plants hydroponically is that crops are less susceptible to attack from soil borne 

diseases  (Blidariu  and  Grozea,  2011).  It  is  argued  that  an  additional  benefit  of  growing  crops 

aquaponically over hydroponically  is an  increased  resistance  to diseases due  to  the higher  level of 

biological activity (Rakocy et al., 2006). 

31 

 

Production 

Production levels vary per system. Savidov (2004) reports yearly yields of Genovese basil to reach 42 

kg m‐2 within two years, cucumber yields of 33 kg plant‐1 year‐1, and tomato production 21 kg plant‐1 

year‐1, which  is 10‐15% higher  than average yield  in  the hydroponics  industry. Rakocy et al.  (2006) 

observe that the  income from herbs such as basil and mint  is much higher (1700%) than that from 

fruiting crops such as  tomatoes and cucumber. Lettuce  is widely used  in aquaponics systems, as  it 

has a short growing time (3‐4 weeks) and, as a consequence, has relatively few pest problems. Also, a 

larger portion of the biomass  is edible and thus marketable than from fruiting crops (Rakocy et al., 

2006). According to many studies (ao Graber and Junge (2009); Seawright et al. (1998); (Graber and 

Junge,  2009)),  lettuce  and  other  vegetable  production  in  aquaponics  is  equal  to  or  higher  than 

production  in  hydroponics,  although  others  (see  Blidariu  and  Grozea  (2011))  claim  production  is 

lower. Many  other  crops  are  reported  to  be  suitable  for  aquaponics  systems,  such  as  flowers,  a 

variety of herbs, eggplant, Chinese cabbage, strawberries and watercress (ao Savidov (2004); Rakocy 

et al. (2006); Bernstein (2011)).  

Fish production can equal that of conventional aquaculture (Savidov, 2004; Graber and Junge, 2009; 

Vermeulen and Kamstra, 2013). Production can vary strongly between  fish species. Vermeulen and 

Kamstra (2013) mention that the productivity of eel, African catfish and Tilapia can be 200, 1000 and 

300 kg m‐2 year‐1, respectively. 

32 

 

33 

 

Application 

Currently, although gaining in popularity, the use of aquaponics systems is not widespread (Rakocy et 

al.,  2006). Most working  aquaponics  systems  are  small  scale,  and more meant  for  ‘fun’  than  for 

making a living. 

Researchers  have  claimed  that  there  is  a  business  case  for  aquaponics  (ao  Rakocy  et  al.  (2000); 

Savidov (2004); Rakocy et al. (2006); Rakocy (2007); Blidariu and Grozea (2011). However, there are 

few examples of successful commercial aquaponics ventures. 

A  major  incentive  for  starting  a  commercial  aquaponics  venture  may  be  the  anticipated  cost 

reductions  compared  to  other  agricultural  and  aquacultural  production  systems.  These  cost 

reductions would arise due to a decrease  in the use of resources such as water,  land and nutrients, 

shared operating and  infrastructural  costs, and wastewater  clean‐up  cost abatement  (Blidariu and 

Grozea, 2011). However, some argue  that cost reductions as a result of  integration of hydroponics 

and RAS are  low, and that the economic  incentive of using aquaponics  is not high enough to  justify 

the  extra  inputs  necessary  for  further  development  of  this  system  (see  Vermeulen  and  Kamstra 

(2013)).  Currently,  in  western  countries,  importing  frozen  fish  and  horticultural  products  using 

current methods are still considered to be cheaper, less risky and of higher quality than aquaponics 

by many (Vermeulen and Kamstra, 2013).  

It  is argued  that  the  incentives  for using aquaponics  should be  sought  in value adding  rather  than 

only in cost reduction (Vermeulen and Kamstra, 2013). One opportunity to add value to the produce 

is  to have  it  certified as Organic. Consumers are  increasingly attracted by  terms  such as  ‘natural’, 

environmentally  friendly’,  ‘pesticide  free’ and  ‘organic’, and are willing  to pay extra  for organically 

certified products (Blidariu and Grozea, 2011). However, certification may be expensive. Also, organic 

certification of aquaponically produced vegetables may not be possible in all countries. Although it is 

a  possibility  in  at  least  the USA  and  Canada  (Savidov,  2004;  Blidariu  and Grozea,  2011),  in  other 

countries such as The Netherlands certification of aquaponically produced vegetables  is  impossible. 

Here, production on soil is a requirement for certification (Skal, 2013). Without the certification label 

on the package, a costumer may not realise that aquaponics products meet their personal demands 

of environmentally friendly production. Although they are willing to pay extra for products that meet 

these demands, they will not do this for the unlabeled aquaponcis products.  

Interaction with the consumers  is another possibility of value‐adding to aquaponic products. Based 

on  interviews  with  current  users,  Vermeulen  and  Kamstra  (2013)  found  that  the  advantages  of 

aquaponics are  its ability  to produce  fresh produce  in  the vicinity of consumers with  the charm of 

being able to  let these consumers witness the production process. Through small scale production, 

direct  sales and close  interaction with consumers, aquaponic producers may enter a niche market 

and be able to achieve high‐margin sales (Vermeulen and Kamstra, 2013). This concept may be most 

suitable  in an urban setting.  In cities, aquaponics farms will allow the consumers to (re‐)connect to 

the production of the food they consume and systems can be set up on rooftops, in basements, and 

in other city locations which are not suitable for conventional agriculture (Blidariu and Grozea, 2011; 

Vermeulen and Kamstra, 2013). 

34 

 

These findings are exemplified by a quick scan of aquaponics ventures that have started  in the  last 

few years  in the USA1,2,3,4,5,6,7,8. Four out of the 8 ventures  found were out of business by now1,4,5,8, 

most likely due to financial and marketing problems. One of these ventures was taken over by a non‐

profit  organisation  for  educational  purposes8.  The  highest  costs  in most  ventures  arise  from  the 

energy costs necessary to heat the greenhouses. One of the successful ventures is in Hawaii3, where 

these costs can be eliminated. The primary distribution channel of most ventures still in existence is 

direct sales to local restaurants, though some have found a niche market for local, organic produce. 

Many of the ventures work with volunteers. These ventures, though operating at a  larger scale, are 

closely  related  to private so‐called  ‘backyard systems’ which have arisen all over Australia and  the 

USA. They are more meant to bring consumers closer to the producer, to other consumers and to the 

products  under  the  flag  of  environmentally  sustainable  production,  than  that  they  are meant  to 

supply the main‐stream market of fish and vegetables. For this purpose, more highly commercialised, 

large‐scale aquaponics would be needed. Following from this review, this may not (yet) be achievable 

for several reasons. It may not be economically attractive to produce vegetables and fish where both 

of  these  commodities  are  already  available  in  large  quantities  of  high  quality  at  low  prices 

(Vermeulen  and  Kamstra,  2013).  As  Chris  Newman,  the  founder  of  Santa  Cruz  Aquaponics,  said: 

“From a biosustainable point of view, I was trying to do something responsible. But the market's not 

paying attention. The market pays attention to price”. With that, he adds: “It does seem like a great 

idea, but I'm not convinced the vegetable world is ready for it” (Jones, 2013). This problem of lack of 

acceptance of this new technology  is frequently encountered. As  it took a  long time for hydroponic 

production systems to be accepted by the horticultural community, it may take a longer time before 

actors in the food production sector are willing to accept aquaponics (Jones, 1982). 

One of the potentials of aquaponics is its capability to produce vegetables and fish in locations where 

this  is not possible with more conventional methods. As described above,  this may be  the case  in 

urban areas, where there is no agricultural land available. However, this may also be the case in both 

rural and urban areas  in developing countries (FAO; FoodSource; AquaponicsUK, 2013; Salam et al., 

2013). As  soon as  there  is a  lack of access  to  fresh vegetables and/or  fish, aquaponics may be an 

option. Aquaponics systems can be designed using high  tech equipment  for optimal control of  the 

system, and hence optimal production and growth of both fish and plants is possible (see for instance 

Priva  (2009)). However,  low  input  systems  can  also  be  designed which  are  better  suited  to  local 

                                                            1 Santa Cruz Aquaponics, Watsonville (http://www.polishpartnerships.com/santa‐cruz‐aquaponics/; 

http://www.linkedin.com/company/santa‐cruz‐aquaponics) 2 Viridis Aquaponics, Watsonville (http://www.santacruzsentinel.com/ci_23836792/future‐agriculture‐venture‐

aims‐be‐worlds‐largest‐aquaponics, http://viridisaquaponicgrowers.com) 3 Friendly Aquaponics Inc., Hawaii (http://news.medill.northwestern.edu/chicago/news.aspx?id=186175, 

http://www.friendlyaquaponics.com/) 4 312 Aquaponics, Chicago (http://www.plantchicago.com/welcome‐312‐aquaponics/, 

http://www.linkedin.com/company/312‐aquaponics) 5 City Micro Farms LLC, Chicago (http://articles.chicagotribune.com/2011‐05‐25/news/ct‐x‐c‐fish‐farming‐0525‐

20110525_1_meatpacking‐plant‐farming‐aquaponic) 6 Farmedhere, Chicago (http://farmedhere.com/) 7 Greens and Gills, Chicago (greensandgills.com) 8 Sweet Water Organics, Milwaukee (http://sweetwater‐organic.com/) 

35 

 

conditions  in  developing  countries  such  as  problems with  electricity  supply,  lack  of  technical  and 

financial  resources, and  low availability of  inputs  such as  fish  feed. Systems have been developed 

that function without grid electricity through the use of solar energy or foot pumps. Systems can be 

built using locally available materials, such as cement and empty barrels. Fish feed may be produced 

on‐farm,  using  ingredients  such  as worms,  flies,  duckweed,  chicken  dung  and  plant wastes  (FAO; 

FoodSource; AquaponicsUK, 2013). Aquaponics systems may be used  for domestic and commercial 

production  of  fish  and  vegetables  in  developing  countries.  This  can  lead  to  an  increase  of 

consumption of essential proteins, vitamins and minerals and potentially provide  the owner of  the 

system with  additional  income  (Essa  et  al.,  2008; Murshed‐E‐Jahan  and  Pemsl,  2011).  Adequate 

training  of  adopters  is  crucial  in  achieving  the  potential  benefits  of  new  technologies  such  as 

aquaponics  (Murshed‐E‐Jahan and Pemsl, 2011). Adoption constraints of aquaponics  in developing 

countries may  be  found  in  lack  of  knowledge  and  limited  access  to  information,  lack  of market 

facilities, and poor availability of quality fish fingerlings and vegetable seeds  (Murshed‐E‐Jahan and 

Pemsl, 2011). 

36 

 

37 

 

Current technical knowledge gaps 

A lot of information available on modern aquaponics is developed and spread through non‐scientific 

sources. Some aquaponics  ‘pioneers’  started exploring aquaponics, based on academic  research  in 

the nineties by, amongst others, Dr. James Rakocy of the University of the Virgin Islands and Dr. Nick 

Savidov from Alberta. They used guidelines following from this research to start experimenting with 

aquaponics themselves, and developed guides and handbooks which have contributed to the spread 

of  small‐scale  aquaponics  systems  especially  in  the  USA  and  Australia  (Bernstein,  2011).  Many 

aquaponics  practioners  have  gathered  in  online  platforms  (for  instance  backyardaquaponics.com; 

aquaponicscommunity.com;  and  aquaponics.net.au).  These  platforms  lead  to  the  continuous 

production  of more  experience  based  rules  of  thumb  and  advice  concerning  aquaponics  systems 

(Bernstein, 2011). Most of  the  information  thus available  is knowledge on what works, and not so 

much on how or why  it works. This  is usually  sufficient  for anyone  to  start  their own aquaponics 

system. However, a more solid scientific knowledge base on the functioning of this complex system 

would contribute to further development of the system. Scientific literature on hydroponics is quite 

widely available. Technologies such as Recirculation Aquaculture Systems and the use of aquacultural 

waste  water  for  irrigation  have  gained  increasing  attention.  However,  the  range  of  scientific 

publications on  the combination of  these components, aquaponics,  is  limited, and  there are many 

knowledge gaps remaining. 

 

Little  is  known  about  responsible  biological  fish  management  within  aquaponics  systems. 

Conventional antibiotic or  salt  treatments are not applicable  in aquaponics  systems  (Rakocy et al., 

2006).  It  is  sometimes  argued  that  the  fish will  remain  healthy  as  long  as  other  factors  such  as 

temperature, pH and feed availability are kept in the right range, as it is mostly stress that will cause 

diseases to develop (Dicky van Zanten, personal communication November 2013). Also, it is advised 

to use hardy fish species such as Tilapia (Rakocy, 2007). However, in the case that diseases do occur, 

these  often  remain  unidentified  and may  result  in  partial  or  total  loss  of  the  fish  in  the  system 

(Rakocy et al., 2000). Although this problem  is acknowledged  in scientific  literature, no alternatives 

are offered (ao Rakocy et al. (2000)). 

 

Data  is available on  recommended nutrient concentrations  for crop production of  several crops  in 

hydroponics. However,  these recommendations might not be applicable  to aquaponics systems, as 

there is continuous nutrient generation and water circulation in these systems (Rakocy et al., 2006). 

The concentration of several nutrients is different in most aquaponics systems compared to standard 

nutrient formulations, without any apparent problems to either crops or fish (Rakocy et al., 2006). 

According  to  some  authors  (see  Seawright  et  al.  (1998))  it  is  not  possible  to maintain  sufficient 

nutrient  levels  and  prevent  excessive  salt  accumulation  in  recirculating  aquaponics  systems 

regardless of the ratio of plants to fish. In order to prevent yield reduction, nutrient supplementation 

and  water  replacement  are  unavoidable.  Especially  iron  is  often  reported  to  be  insufficiently 

38 

 

available, and  is  supplemented  through addition of  chelated Fe2+  to a  concentration of 2.0 mg  L‐1 

(Rakocy et al., 2006; Ako and Baker, 2009). Others (ao Savidov (2004)) argue that aquaponics systems 

have an  intrinsic capacity of self‐regulation and balancing nutrients  in the solution, diminishing the 

need of nutrient supplementation. However, this  increased system resilience has not been formally 

researched. 

Theoretically,  it  is  possible  to  manipulate  the  relative  proportions  of  nutrients  present  in  fish 

excrements  through manipulating  the  nutrient  content  of  the  fish  diet  (Seawright  et  al.,  1998). 

However, little research has been done to further explore this possibility. 

Seawright et al. (1998) noticed persistent tip burn on lettuce in their aquaponics trials, indicating Ca‐

deficiency. However, when  analysing water  samples,  no  nutritional  deficiencies were  apparent.  It 

was  suggested  the  tip‐burn  was  caused  by  Na  accumulation,  inhibiting  Ca  uptake,  although  no 

mineral  imbalances were  found  in  the  lettuce  tissue.  In  the  same  experiment,  calculations were 

made to determine the appropriate amount of fish in the system to result in an equilibrium between 

N  assimilation  by  the  plants  and N  excretion  by  the  fish.  However, N  concentrations  decreased, 

apparently due to denitrification. 

The examples  from  this experiment  stress  the difficulty of evaluation of nutrient  levels due  to  the 

interactions  between  the  nutrients,  but  also  due  to  the  influence  of  physical  factors  such  as 

temperature  and  pH,  and  biological  factors  such  as  the  rates  of  bacterial  denitrification  and 

nitrification. 

Most  scientific  data  and  recommendations  available  are  based  on  either  the  aquacultural  or  the 

hydroponical  component.  Even  articles  written  about  the  combination  of  these  components 

(aquaponics) are usually written from the point of view of an expert of either of the components. For 

proper research on aquaponics, however, expertise of both sectors will be necessary (Vermeulen and 

Kamstra,  2013). Moreover,  new  expertise  concerning  the  integration  of  the  two  components  is 

necessary.  The  dynamics  within  the  integrated  system  are  not  readily  explained  even  through 

combining  the knowledge on both components.  In  the case of aquaponics, one plus one does not 

necessarily equal two as a consequence of the interactions of so many physical and biological factors. 

 

39 

 

Conclusions and recommendations 

Based  on  the  results  of  this  literature  review,  several  conclusions  can  be  drawn  regarding  the 

functioning and potential of aquaponics.  

The basic functioning of aquaponics systems is understood and aquaponics systems can be designed 

using  the  information  that  is  currently  available.  The  technology  seems  to  offer  large  benefits 

compared  to  other  production methods  of  fish  and  vegetables.  These  two  commodities  can  be 

sustainably produced with a high resource use efficiency and low environmental impact. However, it 

seems  that  it  is  currently  not  economically  feasible  to  produce  fish  and  vegetables  on  a  large, 

commercial  scale  using  aquaponics.  In  Western  countries,  aquaponic  production  may  be  most 

suitable for relatively small scale urban agriculture. Aquaponically produced fish and vegetables can 

distinguish themselves from the products available at  low cost  in supermarkets through small scale 

production, direct sales and close  interaction with consumers. The product can thus occupy a niche 

market, allowing  for high‐margin sales and hence economic  feasibility. There also  is a potential  for 

using aquaponics systems to increase the consumption of fish and vegetables in developing countries 

where  these  commodities are often expensive.  Low‐tech  systems  can be designed which  function 

well in regions with limited access to resources such as fertile soil, water and chemical fertilisers. 

Increased  research  efforts  concerning  aquaponics  will  lead  to  a  better  understanding  of  the 

functioning of aquaponics systems. Aquaponics system design may then improve, and this may lead 

to production increases and/or cost reduction, allowing for economic feasibility of large, commercial 

scale  systems.  A  lot  of  knowledge  on  different  aspects  of  aquaponics  systems,  such  as  bacterial 

nitrification  and  nutrient  balances  in  both  horticultural  and  aquacultural  systems,  already  exists. 

Experts from both the aquacultural and the horticultural background will need to collaborate closely 

in  joint research projects  in order to understand the  integration of these two components and the 

interaction effects  that arise  in  this  integrated  system. Experimental  research will be able  to  shed 

more light on the interactions that occur in aquaponics system. A comprehensive computer model of 

aquaponic  systems  may  be  developed,  in  which  available  knowledge  is  brought  together  in  an 

organised way. Only when the functioning of aquaponics  is better understood, the technology may 

be further developed in order for it to meet its potential for sustainable food production on a large 

scale. 

40 

 

41 

 

Bibliography 

 

Ako,  H.  and  A.  Baker  (2009).  "Small‐Scale  Lettuce  Production  with  Hydroponics  or  Aquaponics." Sustainable Agriculture 2. 

AquaponicsUK.  (2013).  "Integrated  solutions  to  food,  energy  and  waste (http://www.aquaponics.org.uk/)."   Retrieved December 2013. 

BackyardAquaponics.  (2013).  "Backyard  Aquaponics:  Bringing  food  production  home (http://www.backyardaquaponics.com/ )."   Retrieved November 2013. 

Bernstein, S. (2011). Aquaponic Gardening: A Step‐By‐Step Guide to Raising Vegetables and Fish New Society Publishers. 

Blidariu, F. and A. Grozea  (2011). "Increasing the Economical Efficiency and Sustainability of  Indoor Fish Farming by Means of Aquaponics ‐ Review." Animal Science and Biotechnologies 44(2). 

Bossio,  D.  (2013).  "A  month  on  land:  Restoring  soils  and  landscapes (http://wle.cgiar.org/blogs/2013/10/18/a‐month‐on‐land‐restoring‐soils‐and‐landscapes/)."   Retrieved December 2013. 

Both, A. J. (date unknown). "Ten Years of Hydroponic Lettuce Research." Cornell University. 

Boyd, C. E., A. A. McNevin, J. Clay and H. M. Johnson (2005). "Certification Issues for Some Common Aquaculture Species." Reviews in Fisheries Science 13(4): 231‐279. 

Brechner, M. and A. J. Both (date unknown). "Hydroponic Lettuce Handbook." Cornell University. 

Brown, J. J., E. P. Glenn, K. M. Fitzsimmons and S. E. Smith (1999). "Halophytes for the treatment of saline aquaculture effluent." Aquaculture 175(3–4): 255‐268. 

Cheng, H. (2010). "Saltwater Hydroponics Atop Shrimp Farms: Exploring a New Method of Reducing Environmental Impacts from Shrimp Aquaculture in Tropical Developing Countries." Tropical Resources 29. 

Danaher, J. J., R. C. Shultz, J. E. Rakocy and D. S. Bailey (2013). "Alternative Solids Removal for Warm Water  Recirculating  Raft  Aquaponic  Systems."  Journal  of  the World  Aquaculture  Society 44(3): 374‐383. 

Edwards, E. A. and K. Twomey  (1982).  "Habitat  suitability  index models: common carp." Biological Services Program and Division of Ecological Services. 

Essa, M. A., A. M. A. S. Goda, M. A. Hanafy, A. A. El‐Shebly, R. A. Mohamed and E. H. El‐Ebiary (2008). "Small‐scale Fish Culture: Guiding Models of Aquaponics and Net‐enclosures Fish Farming in Egypt." Egyptian Journal of Aquatic Research 34(3): 320‐337. 

FAO.  "Smart  Fish.  Secure  Fisheries.  Secure  Futures.  (http://www.smartfish‐coi.org/)."      Retrieved December 2013. 

FAO. (2013a). "Aquaculture (http://www.fao.org/aquaculture/en/)."   Retrieved November 2013. 

42 

 

FAO.  (2013b).  "What we  do  (http://www.fao.org/about/what‐we‐do/en/)."      Retrieved November 2013. 

FoodSource. "Build an Aquaponics Greenhouse in Kenya (http://www.indiegogo.com/projects/build‐an‐aquaponics‐greenhouse‐in‐kenya)."   Retrieved November 2013. 

Graber, A.  and  R.  Junge  (2009).  "Aquaponic  Systems: Nutrient  recycling  from  fish wastewater  by vegetable production." Desalination 246(1–3): 147‐156. 

Grewal, H. S., B. Maheshwari and S. E. Parks (2011). "Water and nutrient use efficiency of a low‐cost hydroponic greenhouse  for a cucumber crop: An Australian case study." Agricultural Water Management 98(5): 841‐846. 

IPCC  (2007).  Climate  Change  2007:  Synthesis  Report.  R.  K.  Pachauri  and  A.  Reisinger.  Geneva, Switzerland. 

Jones, D.  (2013).  "Future  of  agriculture: Venture  aims  to bet  the world's  largest  aquaponics  farm (http://www.santacruzsentinel.com/ci_23836792/future‐agriculture‐venture‐aims‐be‐worlds‐largest‐aquaponics?source%253Dmost_viewed.20F88DA3D7D369F5BB70F372987EAE1F.html)."   Retrieved November 2013. 

Jones,  J.  B.  (1982).  "Hydroponics:  Its  history  and  use  in  plant  nutrition  studies."  Journal  of  Plant Nutrition 5(8): 1003‐1030. 

Kotzen,  B.  and  S.  Appelbaum  (2010).  "An  Investigation  of  Aquaponics  Using  Brackish  Water Resources in the Negev Desert." Journal of Applied Aquaculture 22(4): 297‐320. 

Losordo,  T. M., M.  P. Masser  and  J.  Rakocy  (1998).  "Recirculating  Aquaculture  Tank  Production Systems.  An  Overview  of  Critical  Considerations."  Southern  Regional  Aquaculture  Center Publication 451. 

Martins, C. I. M., E. H. Eding, M. C. J. Verdegem, L. T. N. Heinsbroek, O. Schneider, J. P. Blancheton, E. R. d’Orbcastel and  J. A.  J. Verreth  (2010).  "New developments  in  recirculating aquaculture systems in Europe: A perspective on environmental sustainability." Aquacultural Engineering 43(3): 83‐93. 

Murshed‐E‐Jahan, K. and D. E. Pemsl  (2011). "The  impact of  integrated aquaculture–agriculture on small‐scale  farm  sustainability  and  farmers’  livelihoods:  Experience  from  Bangladesh." Agricultural Systems 104(5): 392‐402. 

Priva (2009). Eindrapport Project EcoFutura. De Lier. 

Rakocy,  J.  (2007).  "Ten Guidelines  for Aquaponic  Systems." Aquaponics  Journal  10th Anniversary Issue(46). 

Rakocy,  J. E., M. P. Masser and T. M.  Losordo  (2006).  "Recirculating Aquaculture Tank Production Systems: Aquaponics  ‐  Integrating  Fish  and Plant Culture."  Southern Regional Aquaculture Center Publication 454. 

Rakocy,  J.  E.,  R.  C.  Shultz  and  D.  S.  Bailey  (2000).  "Commercial  Aquaponics  for  the  Caribbean." Proceedings of the 51st Gulf and Caribbean Fisheries Institute. 

Raven, P. H., S. E. Eichhorn and R. F. Evert (2005). Biology of Plants, W.H. Freeman. 

43 

 

Salam, M. A., M. Asadujjaman and M. S. Rahman (2013). "Aquaponics for Improving High Density Fish Pond Water Quality Through Raft and Rack Vegetable Production." World Journal of Fish and Marine Sciences 5(3): 251‐256. 

Savidov,  N.  (2004).  "Evaluation  and  Development  of  Aquaponics  Production  and  Product Market Capabilities in Alberta." Ids Initiatives Fund Final Report Project #679056201. 

Schuilenburg,  B.  (2012).  Nutri‐hof  ‐  een  concept  voor  geïntegreerde  aquacultuur.  Utrecht, InnovatieNetwerk, rapportnr. 12.2.299. 

Seawright,  D.  E.,  R.  R.  Stickney  and  R.  B.  Walker  (1998).  "Nutrient  dynamics  in  integrated aquaculture–hydroponics systems." Aquaculture 160(3–4): 215‐237. 

Sikawa, D. C. and A. Yakupitiyage (2010). "The hydroponic production of lettuce (Lactuca sativa L) by using  hybrid  catfish  (Clarias  macrocephalus × C.  gariepinus)  pond  water: Potentials and constraints." Agricultural Water Management 97(9): 1317‐1325. 

Skal.  (2013). "Voorwaarden  teelt  (http://www.skal.nl/biologische‐teelt‐van‐gewassen/voorwaarden‐teelt/)."   Retrieved October 2013. 

Vermeulen, T. and A. Kamstra (2013). "The need for systems design for robust aquaponic systems in the urban environment." International Symposium on Soilless Cultivation Acta Horticulturae 1004. 

 

 

44 

 

Appendix III  Feasibility of saline aquaponics ‐ A literature review J.A. van Vliet 

 

Contents Abstract ................................................................................................................................................. 46 

Introduction ........................................................................................................................................... 48 

The living components of aquaponics ................................................................................................... 51 

Bacteria .............................................................................................................................................. 51 

Plants ................................................................................................................................................. 51 

Fish .................................................................................................................................................... 55 

Plant use in saline aquaculture ............................................................................................................. 57 

An example of aquaponics under ‘saline’ conditions ........................................................................ 57 

Use of halophytes for treatment of saline aquaculture effluents..................................................... 57 

Current use of halophytes as biofilters in open systems .............................................................. 57 

Potential use of halophytes as biofilters of Recirculating Aquaculture Systems waste water ..... 59 

Discussion regarding plant use in saline aquaponics ........................................................................ 60 

Potential crop and fish alternatives ...................................................................................................... 63 

Sea weed ........................................................................................................................................... 63 

Sea cucumbers .................................................................................................................................. 66 

Shrimps .............................................................................................................................................. 67 

Other research regarding integrated salt water systems ..................................................................... 70 

Conclusions ............................................................................................................................................ 72 

Bibliography ........................................................................................................................................... 75 

 

45 

 

46 

 

Abstract 

In aquaponics systems, the production of vegetables is combined with the cultivation of fish. Through 

recirculation  of  the water  in  the  system,  aquacultural  effluent  discharge  is  limited  and  necessary 

inputs other than fish feed are  limited. Aquaponics systems may enable the production of fish and 

vegetables  in  areas  where  there  is  scarcity  of  water,  fertile  land  and/or  (chemical)  fertilisers. 

Currently, in most aquaponic systems, fresh water is used. In some cases systems using water with a 

higher salinity may offer opportunities. Examples are regions where fresh water is scarce while saline 

ground  water  is  largely  available  or  where  marine  aquacultural  effluent  discharge  causes 

environmental problems. A  range of options  for  systems of varying  salinities are possible. Various 

vegetables  and  fish  that  are  known  to  be  suitable  for  fresh water  aquaponics  systems may  also 

tolerate higher salinities and can thus be included in saline aquaponics system designs very similar to 

their  fresh  water  counterparts.  At  higher  salinities, marine  fish  species  which  are  known  to  be 

suitable for recirculation aquacultural systems may be used. Selection of suitable plant to be included 

in high salinity systems may require more research. Although plants are known which tolerate high 

salinities,  it  is often not  known whether  these halophytes  are  suitable  for  growth  in  recirculation 

systems. Moreover, economic value of many halophytes  is yet to be determined. Systems may also 

be designed  for  inclusion of other species such as shrimp or sea weed. Currently, more research  is 

needed in order to select species suitable for saline aquaponics systems and determine appropriate 

designs  of  these  systems.  Under  some  circumstances,  it  may  be  more  feasible  to  design  non‐

circulation  systems as  these  systems are  less  complex and more  research has been performed on 

them. Feasibility of any system will depend on many conditions such as the objectives to be reached 

and the resources available. 

47 

 

48 

 

Introduction 

Aquaponics  is  a  recirculation  system  in which  the  cultivation  of  vegetables  is  combined with  the 

cultivation of fish. What  is normally considered to be waste water from the fish  is now directed to 

vegetable grow beds. The vegetables use the nutrients from the waste water, either directly or after 

bacterial  conversion  depending  on  the  nutrient.  Crucial  is  the  two  step  bacterial  nitrification  of 

ammonia into nitrate. Ammonia is excreted by fish, but is toxic to them at low levels, while nitrate is 

an essential plant nutrient. When combined with a simple solids filter, the water is cleaned and can 

be recirculated to the fish, while the vegetables require  little to no additional nutrients for growth. 

Aquaponics  can  thus  be  described  as  a  combination  of  Recirculation  Aquaculture  Systems  and 

Hydroponics. The main inputs of the system are fish feed, electricity for the water and air pumps, and 

a  limited amount of water  to  replenish  losses due  to evapotranspiration and  flushing of  the  filter. 

Outputs are fish and vegetables. No aquacultural waste water, which causes negative impact on the 

environment, needs to be discharged. 

Various designs of aquaponics  systems are possible, varying  from  small  scale domestic  systems  to 

large scale commercial systems. Common components are a fish tank, a raft and/or media grow bed 

for vegetable production, and pumps for both water and air (Figure 1). Usually, an additional filter is 

included  for  removal  of  solids.  Other  components  may  vary.  For  more  information  about  the 

functioning  and  design  of  aquaponics  systems, 

please refer to van Vliet (2014). 

It  is  argued  that  it  is  possible  to  set  up 

sustainable systems gaining a high production of 

vegetables and  fish at  low  costs  in areas where 

conventional agriculture  is difficult due to a  lack 

of arable  land, water and/or chemical  fertilisers. 

The  system  thus  may  be  applied  for  food 

production  in  cities,  but  may  also  offer 

opportunities  for  many  developing  countries 

with scarce natural resources (van Vliet, 2014).  

Most examples of aquaponics systems are based 

on  fresh  water.  However,  in  some  situations 

saline  systems may offer opportunities. Effluent 

discharge  issues  of  marine  aquaculture  are 

similar  to  that  of  fresh  water  aquaculture  and 

may be mitigated using aquaponics (Webb et al., 

2012). Also, in some areas, access to fresh water 

is  highly  limited  while  saline  ground  water  is 

widely  available.  In  order  to  gain  more 

knowledge  on  the  possibility  of  designing  sustainable  saline  aquaponics  systems,  this  literature 

review was executed. 

49 

 

              Figure 1: Example of a small scale aquaponics systems 

including both a raft grow bed and a media grow bed for vegetable production (api.ning.com). 

50 

 

51 

 

The living components of aquaponics 

Although  variations  in  species  composition  are  possible,  in  a  common  aquaponics  system  three 

groups of organisms are crucial for the functioning of the system. These are the bacteria, the plants, 

and the fish. Below, the potential of these three groups of organisms for use under saline conditions 

is discussed. 

Bacteria 

A  crucial  step  in  the  functioning of an aquaponic  system  is  the biological nitrification of ammonia 

through nitrite to nitrate. The species of bacteria responsible for nitrification in soils and fresh water 

systems may differ  from  those  in marine environments.  Little  is known about  the abundance and 

diversity  of  these  marine  species  (Gaag  et  al.,  2010).  Nevertheless,  their  existence  has  been 

demonstrated  (Gaag  et  al.,  2010)  and  it  is  assumed  that  nitrification  will  take  place  in  saline 

aquaponics systems as it does in fresh water systems. 

Plants 

The next  living component of aquaponics systems  is the plant.  In a hydroponic experimental setup, 

Schwarz  (1963)  used  brackish water  of  2.5‐3.5  ppt9.  This  is  a  higher  salinity  than  in  conventional 

hydroponics  but  cannot  truly  be  called  saline.  Common  crops  for  hydroponics  such  as  lettuce, 

tomato, carnations and cucumber were successfully produced. Schwarz mentions that more frequent 

irrigation and replacement of nutrient solutions  is needed than with non‐saline hydroponics. Water 

use is thus higher when using brackish water, although not as high as when irrigating soil to achieve 

the same amounts of production (Schwarz, 1963). For use in an aquaponics system, this would mean 

that part of the water needs to be replaced on a regular basis. Production is higher when plants are 

first grown in non‐saline solution for four weeks before transfer to a saline solution (Schwarz, 1963). 

Hence, the time before transplant of seedlings to the aquaponics system could be slightly extended 

to increase production.  

The salinity  level  in  this experiment, although higher  than  in conventional hydro‐ or aquaponics,  is 

still  low  as  it  is  only  about  10%  the  salinity  of  sea  water10.  Little  is  known  about  truly  saline 

hydroponic growth of vegetables. More substantial research has been done on the crop potential of 

different plants on  saline  soils, or using  saline water  for  irrigation. Aronson  (1989) has compiled a 

comprehensive list of plants that are able to grow under saline conditions to various degrees, which 

is  now  accessible  online  with  constant  updates  (eHALOPH).  These  plants  are  called  halophytes, 

meaning salt  loving. There  is a variety of mechanisms employed by halophytes to tolerate different 

salinity  levels, and  some halophytes  tolerate much higher  salinity  levels  than others  (Glenn et al., 

1999). Halophytes have been tested as vegetable, forage, and oilseed crops in agronomic field trials 

(Glenn et al., 1999).  

                                                            9 All salinity indicators used in cited articles are calculated to the salinity equivalent of the indicator in parts per 

thousand (ppt) for ease of comparison. 10 Sea water salinity is usually around 35 ppt (NIO, 2006; Cheng, 2010) . This salinity level is used in this review. 

52 

 

At  the  low  end  of  the  salt‐tolerance  scale,  some  crop  plants  such  as  sugar  beet  (Beta  vulgaris, 

Chenopodiaceae), date palm (Phoenix dactylifera, Arecacea) and barley (Hordeum vulgaris, Poaceae) 

(Figure 2) can be cultivated on  irrigation water approaching a salinity of 5 ppt (Ayers and Westcot, 

1989). 

 

Figure  2:  From  left  to  right:  Beta  vulgaris  (sugar  beet, www.rna‐seqblog.com),  Phoenix  dactylifera  (date 

palm, commons.wikimedia.org) and Hordeum vulgaris (barley, commons.wikimedia.org) 

 

At the upper end, species such as Salicornia bigelovii (Chenopodiaceae, Figure 3) can yield as much 

biomass and seed as conventional crops even when salinity of the soil solution exceeds 70 ppt, which 

is around twice seawater salinity (Glenn et al., 1999). 

The most  sensitive crops  include  rice and bean, which are harmed by  salinity  levels of 1.1‐2.7 ppt 

(Greenway and Munns, 1980). 

In various field trials, halophytes such as Salicornia bigelovii, Distichlis palmeri and several species of 

Atriplex  (Figure  3),  gave  yields within  the  same  range  as  from  conventional  forage  grasses  using 

irrigation water with a salinity equivalent to sea water (Gallagher, 1985; Glenn et al., 1999; Glenn et 

al., 2013). Most research has been done on  fodder crops  (Glenn et al., 1999). There are also some 

crops which are able to grow under such high salinity which are potential human food crops. Atriplex 

triangularis, a halophyte vegetable, can yield 21.3 t ha‐1 fresh weight per harvest (Gallagher, 1985). 

Several halophyte seeds may be of value for use as grains (eg Distichlis palmeri) or for oil (Salicornia 

bigelovii) (Glenn et al., 2013). 

 

 

 

 

 

53 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

54 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure  3:  Top  left:  Distichlis  palmeri  (nipa  grass,  www.sciencedirect.com),  top  right:  Suaeda  (seeblite, 

www.wildseedtasmania.com.au), bottom  left: Salicornia  (glasswort or samphire, commons.wikimedia.org), 

bottom right: Atriplex triangularis (saltbush, calphotos.berkeley.edu). 

 

The  high  yields  obtained  under  full  sea water  irrigation  are  not  optimal;  even  the most  tolerant 

species perform best at a salinity of 11.4‐19.4 ppt, which is between 25 and 50% sea water (Glenn et 

al., 1999). When water of  lower salinity  is used for  irrigation, yields could be even higher. Brown et 

al. (1999) tested Suaeda, Salicornia and Atriplex at salinity  levels of 0.5, 15 and 35 ppt. Suaeda and 

Atriplex  performed  better  than  Salicornia  at  low  salinity,  while  Atriplex  performed  very  poorly 

relative  to  the  other  two  species  on  high  salinity water.  For  all  three  species,  plant  dry matter 

production,  and  the  amount  of  nitrogen  and  phosphorus  removed  from  the  irrigation  water, 

55 

 

decreased with  increasing salinity. A higher  irrigation rate would decrease salinity  in the root zone, 

reducing growth inhibition, but leaching would be substantially higher in that case. 

Hence,  plants  are  available which  tolerate  a wide  range  of  salinity  levels,  but  the  circumstances 

under  which  they  tolerate  these  levels may  be  different  from  the  circumstances  in  aquaponics 

systems. 

Fish 

The third crucial living component in most aquaponics systems is the fish. Some fish have quite broad 

ranges of salinity tolerance. The closer all other circumstances are to their optimum, the broader the 

range  of  salinity  tolerance  will  be.  Especially  temperature  plays  an  important  role  in  salinity 

tolerance. For instance, Tilapia fish (Figure 4) grown in their optimal temperature range may survive 

salinity levels of up to 40 ppt (Schofield et al., 2011; Iqbal et al., 2012), while they die at salinity levels 

above 10 ppt when they are grown at 14oC which  is below their temperature optimum. Also, even 

though  the  fish  at  optimum  temperatures  survived  at  40  ppt,  reproduction  and  growth may  be 

reduced at  salinities above 30 ppt  (Schofield et al., 2011). Tilapia  is  frequently used  in  freshwater 

aquaponics  systems,  but  the  above  illustrates  that, when  other  conditions  are  kept within  their 

optimum range, they may also be used in salt water systems. Common carp (Figure 4), on the other 

hand, which is quite commonly used in fresh water aquaponics systems in temperate regions, cannot 

tolerate  such  high  salinity  levels  even  under  otherwise  optimum  conditions  as  indicated  by  an 

experiment by Kasim (1983) in which common carp died at 8.1 ppt.  

 

Figure 4: Left: Tilapia (downtownpala.blogspot.com), right: common carp (www.fcps.edu) 

 

While fresh water species are  likely to suffer from too high salinity  levels (Wu and Woo, 1983), for 

some marine species it is more likely that problems arise if salinity levels are too low. Marine species 

will commonly be adapted  to  the saline conditions of  the environment  in which  they  live, which  is 

commonly around 35 ppt (NIO, 2006; Cheng, 2010).  

As  for  fresh water  fish, other  factors  such as optimum  temperature  range,  growing  time, optimal 

stocking  density  and  oxygen  requirements  will  also  have  to  be  considered  when  determining 

suitability of various marine fish for saline aquaponic systems. It can be assumed that any fish which 

56 

 

is suitable for more conventional saline aquacultural systems will be suitable for aquaponics systems 

of a similar size. 

57 

 

Plant use in saline aquaculture 

An example of aquaponics under ‘saline’ conditions 

Kotzen  and  Appelbaum  (2010)  have  done  research  using  brackish  geothermal  ground  water  for 

aquaponics systems  in the Negev Desert. The salinity of the water they used was between 2.7 and 

4.4 ppt, so the salinity of the water used in the experiment was quite low. 

Brackish  aquaponics  raft  and medium  systems were  compared  to  fresh water  systems.  The  raft 

system consisted of a fish and a plant tank of equal dimensions (2 m2, 1.17 m3), filters (total volume 

0.35 m3), and a sump tank. Total water volume in the system was 2.73 m3. Aeration occurred in the 

filters at the sump tank and through two aerators in the plant tank. 25 Nile tilapia fish were used. The 

brackish water  used  at  the  start  of  the  experiment  had  a  salinity  of  2.9  ppt,  a  pH  of  7.0  and  a 

temperature of 19.3oC. The design of the fresh water system was essentially the same as that of the 

brackish system except  that  two smaller  fish  tanks  (1.0 m2,   0.627 m3 and 1.0 m2,   0.424 m3) were 

used  instead of one  large one due  to  logistical constraints.   Total water volume of  the  fresh water 

system was 2.87 m3, with a salinity of 0.4 ppt, a pH of 6.5 and a temperature of 21.0oC. Water flow in 

the systems was 12 L min‐1. 

A variety of plants was used. Celery, chard, kohlrabi and parsley were grown successfully in both the 

brackish system and the control system. Strawberry performed better in the control system, though 

it  survived  in  the  brackish  system.  Chives,  lettuce  and  mint  had  problems  related  to  growing 

conditions other than salinity in both systems. Addition of some nutrients (especially iron) is required 

for healthy plant growth depending on plant species. Nitrification was successful: ammonium in the 

brackish system remained at undetectable levels throughout the trial. Nitrate content was higher in 

the freshwater system than in the brackish system. In both systems, nitrate was a limiting factor for 

plant growth. Therefore, a Tilapia density  increase  to more than 50  fish per system was advised  in 

order  to  increase nitrogen  input  into  the system. The  fish  in both  the brackish and  the  freshwater 

system remained healthy. Average weight  increases  in brackish and  fresh water were 167 and 149 

grams  in  101  days,  respectively.  Weight  increase  was  dependent  on  temperature  and  can  be 

considered  reasonable  especially  since  the  aquaculture  regime  focused  only  on maintaining  fish 

health and monitoring the experiment, not on achieving optimal production levels. 

Use of halophytes for treatment of saline aquaculture effluents 

Current use of halophytes as biofilters in open systems 

Marine and coastal aquaculture systems are often open systems which can discharge high volumes of 

waste water  containing  suspended  solids and dissolved metabolites  in  the  form of organic matter 

and inorganic nitrogen and phosphorus (Webb et al., 2012). Halophytes may be used as a biofilter for 

aquaculture effluents  (Gaag et al., 2010; Buhmann and Papenbrock, 2013). Popular, for  instance,  is 

the use of (constructed) wetlands and mangrove forests, in which the halophytes play an important 

role  in the complex  interactions between vegetation, soil and micro‐organisms which contribute to 

water purification  (Gaag et al., 2010; Buhmann and Papenbrock, 2013). Water may be recirculated 

58 

 

within  the system. However,  the main  function of  the system  is  the removal of nutrients  from  the 

waste  water  (Buhmann  and  Papenbrock,  2013).  In  most  cases,  little  attention  is  paid  to  the 

commercial  value  of  the  crops.  Some  research  is mentioned  regarding  the  feasibility  of  different 

halophytes with  potential  as  forage  or  oilseed  crops  as  biofilter  for  saline  aquaculture  effluents 

(Buhmann and Papenbrock, 2013). Brown et al. (1999) have tested several halophytes and concluded 

that  constructed wetlands  are  efficient  in  removing  solid waste  from  aquacultural  effluent.  Still,  

most inorganic nutrients remain in the water and often there is no economic return from the plants. 

The authors also mention that, when using the aquacultural effluent for irrigation of halophytes, it is 

possible  that nutrients  leach past  the plant  root  zone,  causing  contamination when  reaching high 

amounts in the aquifer. 

59 

 

Potential use of halophytes as biofilters of Recirculating Aquaculture Systems waste water 

To reduce  the amount of waste water produced  in aquaculture, Recirculating Aquaculture Systems 

(RAS) have been developed. In RAS, the waste water undergoes treatment to enable recirculation of 

the water  to  the  fish. Depending on  the efficiency of  the  treatment methods,  the water exchange 

rate can be reduced  from over 50 m3 to  less than 0.1 m3 per kg of  fish  feed  (Martins et al., 2010). 

However,  the  recirculation  loop  will  never  be  entirely  closed,  and  the  water  which  has  to  be 

discharged may still contain high nutrient loads and may cause environmental problems if discharged 

(Martins  et  al.,  2010). Webb  et  al.  (2012)  have 

tested  the  use  of  the  commercially‐valuable 

halophytic plant  Salicornia  europaea  agg  (L)  for 

treatment of waste water from a marine RAS. In 

this system, the halophyte filter is not part of the 

recirculation  loop.  Rather,  the  filter  is  used  to 

clean  the waste water which  remains  after  the 

treatments that make the waste water from the 

fish suitable for recirculation. The waste water is 

first drained  to a settlement pond. From here  it 

is pumped  into  a header  tank  through  a  vortex 

separation tank containing plastic biofilter media 

removing  suspended  particulate matter  (Figure 

5). The waste water is then pumped to filter beds 

growing Salicornia using a flood and drain regime 

of  24  h.  This  regime  simulates  the  tidal 

immersion  cycles  experienced  by  saltmarsh 

plants. It allows for aeration at the root zone for 

several  hours  before  re‐submergence,  thus 

reducing  the  build‐up  of  anaerobic  conditions 

usually  accountable  for  low  nitrification.  A 

constant sub‐surface  flow  through  the  length of 

the beds is maintained using a pump to improve 

nutrient  flow  across  the  root  zone  whilst 

reducing the build‐up of anoxic zones within the 

substrate.  Large  pore  spaces  within  the  stone 

layer reduce clogging (Figure 6).  

The  system  proved  to  be  a  highly  effective 

biofilter,  removing  97‐99%  of  influent  total 

dissolved  inorganic  nitrogen  and  41‐88%  of 

influent dissolved inorganic phosphate. 

Figure 5: Overview of the pilot system (Webb et al., 2012) 

60 

 

 

 

Figure 6: Cross section of pilot filter bed (a) Lengthwise and (b) width wise (Webb et al., 2012) 

Discussion regarding plant use in saline aquaponics 

Although  the  system  as  described  by  Kotzen  and  Appelbaum  (2010)  is  truly  a  recirculation 

aquaponics system, it is not truly saline. As in the hydroponic experiments by Schwarz (1963) salinity 

is low. The plants used in the system are not true halophytes, so although they performed relatively 

well under the low salinity circumstances of this aquaponics system, they will probably not cope with 

higher salinity levels. This means that these plants are not suitable for aquaponics systems using truly 

marine fish species. Notwithstanding, the experiment shows the potential of the plants in hydro‐ and 

aquaponics systems under  lower salinity  levels. This allows  for  integration with other  (fish) species 

which do not require such high salinity  levels but thrive well under  low salinity, such as Tilapia (see 

Fish above), but also shrimps (see also Shrimps below). 

The examples of  the use of halophytes  for  the  treatment of waste water  from  saline aquaculture 

systems  are  promising  for  the  potential  use  of  halophytes  in  high  salinity  aquaponics  systems. 

However, in both systems, the aim of the halophyte treatment is not to recirculate the water to the 

fish. Also,  in the second system, the water which  is directed to the halophytes  is pretreated. These 

differences between the two systems and a recirculation aquaponics system do not allow for a direct 

comparison of the systems. 

It  seems  that  there  is a potential  for plant production  in  saline aquaponics  systems, although  the 

choice of suitable plants for different systems remains a challenge. Certain economically  interesting 

crops  are  known  to  thrive well  under  aquaponic  conditions,  such  as  lettuce  and  tomatoes.  The 

experiments described above  indicate that these crops may also tolerate higher salinity  levels than 

conventionally used in these systems. Unfortunately, very little research has been done regarding the 

salt tolerance of these species under recirculating conditions. 

61 

 

This is also the case with highly salt tolerant halophytes. It is unclear whether all halophytes that are 

suitable for growth under high salinity soil conditions are also suitable for saline hydroponic growth, 

let  alone  saline  hydroponic  growth  in  a  recirculation  system.  Irrigation  dynamics  is  very  different 

from the dynamics in hydroponics (or aquaponics). In irrigation, factors such as leaching, differences 

between the salinity of irrigation water and soil solution and irrigation depth play a role (Glenn et al., 

1999).  As  a  consequence,  the  salinity  levels  of  irrigation water which  are  tolerated  by  different 

halophytes may not be the same levels as those which are tolerated within hydroponics systems. Salt 

marsh plants, which are not only salt tolerant but can thrive in poorly drained soil (Glenn et al., 1999) 

may be most suitable for hydro‐ or aquaponic growth. The roots of many salt marsh species possess 

aerenchyma allowing exchange of gases between  the shoot and  the  root and  indirectly aerate  the 

surrounding soil zone potentially resulting in increased nitrification/denitrification efficiency (Gaag et 

al., 2010; Webb et al., 2012). Other suitable plants may be those that have adapted to growth in tidal 

zones.  Here,  the  plants  are  constantly  or  occasionally  flooded with  salt water, which  resembles 

circumstances  in  raft  and  media  bed  culturing,  respectively  (personal  communication  Sander 

Ruizeveld de Winter, PRI, 10‐12‐2013). 

Another  factor  that needs  to be  taken  into account  is  the economic value of  the plant. For plants 

such  as  tomato  and  lettuce  this  economic  value  is  evident  in  its  use  as  a  consumption  crop.  As 

described above, halophytes may have economic value as a consumption or fodder crop, or for use 

as biofuel. Still, most of the halophytes are currently not widely used and known for these purposes, 

decreasing market potential of the crops. 

Taking these factors into account, an example of a potential plant for use in high salinity aquaponics 

systems  is  Salicornia  spp,  or  samphire.  This  is  an  edible  succulent  leafless  genus  that  grows  in 

saltmarshes and saline environments and has commercial value as an oil seed crop, as food or fodder 

and  potential  use  in  health,  beauty  and  nutraceutical  industries  (Gaag  et  al.,  2010; Webb  et  al., 

2012). 

62 

 

63 

 

Potential crop and fish alternatives 

Sea weed 

Above, various higher vascular plants are considered  for use  in saline aquaponics systems. For use 

under highly saline conditions, sea weed may also be considered. Sea weed is fast growing and may 

be  cultured  in  a  sustainable way without being  in  competition with other  food  crops. Hence,  sea 

weed is a promising biomass product (Hortimare; Noordzeeboerderij). It may be used as a biofuel, in 

feed, as fertiliser,  it can function to catch phosphate flowing to the sea through rivers,  it can clean 

water,  and  it  can be used  for human  consumption  as well  (Hortimare; Noordzeeboerderij).   With 

that, growing sea weed may be combined with aquaculture (Hortimare; Noordzeeboerderij). In The 

Netherlands,  research  is  being  done  on  growing  sea weed  in  the North  Sea  (Noordzeeboerderij). 

Under the name  ‘Noordzeeboerderij’ (North Sea Farm) several  institutes are working together with 

various knowledge partners (amongst others, WUR) and have established a ‘farm’  in the North Sea. 

This farm is used for research, development, testing and demonstrating concepts for amongst others 

the  culturing  of  sea weed,  fish,  shellfish  and  other  flora  and  fauna.  The  current  projects  do  not 

include  any  aquaponics using  a  recirculation  system. Under one project,  aquaculture  is  combined 

with  the  culturing of  sea weed  in  the Oosterschelde. The Plant Research  Institute of Wageningen 

University and Research Centre is performing tests here. In this project, the culturing is done in semi‐

open systems, with  lining systems for protection from waves (Noordzeeboerderij). However,  it may 

be possible  to use  sea weed  in  closed  systems as well. Hortimare, one of  the project partners,  is 

involved  in exploiting this possibility. Hortimare offers aquaculturalists to provide their system with 

sea  weed  and  harvest  for  them,  so  that  the  aquaculturalist  can  focus  on  the  fish  (Hortimare). 

Recirculation systems using sea weed to treat aquacultural waste water may be considered to be a 

form  of  aquaponics.  As  part  of  the  research  project  ‘Vis,  Schelp  &  Wier’,  led  by  Hortimare, 

bioreactors using Ulva lactuca (Figure 7) were successfully included in marine RAS systems  in which 

turbot was cultured (Hortimare, 2012a). Various characteristics of Ulva make this macro alga highly 

suitable  for use  in such systems. Aquacultural effluents can  typically  reach nutrient concentrations 

100  times  higher  than  normal  concentration  in  open  sea  (Hortimare,  2012a).  Unlike  other 

macroalgae  such  as  Saccharina  and  Laminaria  (Figure  7), Ulva  can  tolerate  these  extremely  high 

nutrient  concentrations  (Hortimare,  2012a).  The  nutrient  uptake  potential  of Ulva  is  high. Under 

optimal conditions, nitrogen uptake is 2‐3 mg L−1 day−1 in a system with 5 kg of Ulva biomass per m3 

(Hortimare, 2012a). Biomass growth averages 5‐8%/day (Hortimare, 2012a) and it is easily harvested 

(Hortimare, 2012b). The Ulva biomass produced may be most  suitably applied  in bio  refinery,  for 

instance  for use as biofuel or  fish  feed  (Hortimare, 2012a). Also,   Ulva produces high amounts of 

oxygen. One kg of Ulva daily supplies enough oxygen for two kg of fish (Hortimare, 2012b). 

64 

 

   

Figure 7: From left to right: Ulva lactuca, Saccharina and Lamanaria (Hortimare, 2012a) 

 

Initially,  the ‘Vis, Schelp & Wier’ project used deep tanks with a volume up to 2.5 m3 and a surface of 

about 2.0 m2 for cultivation of the Ulva (Figure 8). This caused problems due to light interception by 

the  uppermost Ulva  layers, which  could  not  easily  be  solved  through  inducing  circulation  of  the 

water,  especially  if  the  volume  of  the  tanks  would  increase.  It  was  found  that  a  higher 

surface:volume ratio would increase efficiency of the Ulva cultivation. A more appropriate design of 

the tanks would be 40‐50 cm deep raceways (Figure 8). Initially, paddle wheels were used to induce 

circulation. As the paddle wheels caused high  losses of Ulva, they were  later replaced by waterjets 

(Hortimare, 2012a). 

 

Figure 8:  Left: Tanks used by Hortimare  in  the Vis,  Schelp & Wier  research. Right: Raceways with paddle 

wheels (Hortimare, 2012a). 

 

65 

 

In the final design that resulted from the project, three raceways were placed in series. The volume 

of the second raceway is half the amount of that in the first raceway, thus the water flow is twice as 

high and residence  time  is  twice as short as  in  the  first raceway. Similarly,  the volume of the  third 

raceway  is half  the amount of  that of  the  second  raceway, with a water  flow  twice as high and a 

residence twice as short as in the second raceway. Hence, in each tank an equal amount of nutrients 

will pass a certain mass of sea weed per unit of time so that the flux remains equal. Using this system 

about  half  of  the  nutrients  is  already  captured  in  the  first  day  in  the  first  raceway.  In  the  next 

raceways, each  time half of  the  remaining nutrients  is captured within  the  same  time  (Hortimare, 

2012a). As the concentration of nutrients in the second and third raceway is much lower than in the 

first raceway,  it may be possible  to cultivate other sea weeds such as Saccharina and Laminaria  in 

these tanks (Hortimare, 2012a). 

 

The  raceway  design  as  described  above  is  suitable  to  use  in  a  recirculation  system  combining 

cultivation  of  fish with  cultivation  of  sea weed, which may  be  considered  a  form  of  aquaponics. 

However,  economic  sustainability  of  this model  is  questionable.  Currently,  the  price  that  can  be 

obtained  for  sea weed  is  low  (Hortimare, 2012a). Although  the potential use of  sea weeds  in bio 

refinery is large and gaining attention, it is currently in need of more innovation and research before 

it becomes economically interesting (Noordzeeboerderij). The same is the case for the cultivation of 

the  sea weeds.  In  the  project  described  above, many  unforeseen  problems were  encountered  in 

growth  and  reproduction of  the  sea weeds, many of which  remained unsolved. More  research  is 

needed  to  optimise  sea  weed  cultivation  in  general  and  in  recirculation  systems  specifically. 

Moreover, the methods for optimisation which are already available need further innovation in order 

to reduce their costs and technical complexity. For instance, in the system designed as a result of the 

Vis,  Schelp & Wier  project,  complex  and  expensive  components  such  as UV  filters,  CO2  reaction 

chambers, temperature control units are included (Figure 9). Although a smaller, less complex system 

is  currently  being  piloted,  extensive  research  will  be  necessary  before  the  technology  can  be 

disseminated to a larger audience (personal communication Freek van den Heuvel, Hortimare, 06‐12‐

2013). 

66 

 

 

Figure 9: Design of the three phase filtration system (Hortimare, 2012a). 

Sea cucumbers 

As sea cucumbers are of great commercial value in Asia, where they are a popular luxury food item, 

some  research was done  for  this  review  regarding  the  feasibility of  including  sea cucumbers  in an 

aquaponics system. The information below is retrieved from a review by Purcell et al. (2012). 

Of  sea  cucumbers,  sandfish  (Holothuria  scabra,  Figure  10)  is most  commonly  cultured  in  tropical 

areas. In culture, usually 30‐50 brood stock are used for spawning, with equal numbers of males and 

females. The brood stock is kept in ponds or tanks, and fertility decreases with increased time in the 

tanks.  Only  a  small  proportion  of  the  brood  stock  will  be  successfully  induced  to  spawn,  and 

problems caused by a lack of genetic variety frequently arise.  

Usually  the  larval  tanks  contain  between  0.3  to  1.0  larvae  per mL.  Survival  rate  of  larvae  is  low, 

especially in the first stage from larva to transfer to nurseries, during which time survival rate is only 

1%.  

Nursery of juveniles is space intensive and usually occurs in tanks or alternatively in mesh enclosures 

in  earthen  ponds.  This  may  take  several  months. 

Further  culturing  usually  is  either  in  earthen  culture 

ponds  (for  sandfish,  which  are  amenable  to  pond 

conditions) or by using  sea  ranching  in  sheltered bays. 

67 

 

Sea  cucumbers  are  usually  harvested  after  12‐18 months.  Prices  for  sea  cucumbers  tend  to  rise 

exponentially with  increasing body size. For example, a 300 g sandfish can be sold dried  for about 

US$2.4, which is US$8 per kg, while a sandfish of 1 kg can be sold for US$18. This is a relative price 

increase  of  125%  per  kg. Maximum  absolute  growth  rate  is  achieved when  the  sea  cucumber  is 

between  300  and  800  g.  The most  profitable  size  for  harvesting  tropical  sea  cucumbers will  vary 

between climatic conditions, market conditions, and management practices. 

 

Figure 10: Holothuria scabra (sea cucumber, echinoblog.blogspot.com) 

 

Little  is  known  about  the  relation  between  survival  rate  and  hatchery  practices  such  as  stocking 

density in different larval stages, water exchange regimes, transfer method, and dietary components. 

Sea  cucumbers  in  culture  are  currently  fed with  a  variety  of  algal  pastes, waste  and  faeces  from 

aquaculture, planktonic microalgae and other forms of organic detritus.  

Sea cucumber cultivation may be part of a system with other aquacultural production  (e.g.  fish or 

shrimps), as sea cucumbers can eat the solid waste from the aquacultural water. 

Based  on  the  information  above,  however,  it  does  not  seem  viable  to  include  sea  cucumbers  in 

simple aquaponics  systems. The  low  survival  rates,  the  long growing  time until a profitable  size  is 

reached,  the various different stages of cultivation each with  their own conditions, and  the use of 

ponds  or  sea  enclosures  are  all  factors  complicating  this  inclusion.  Apart  from  technical  and 

economic  constraints,  the  knowledge  intensive  nature  of  sea  cucumber  cultivation  can  pose 

problems. There are still many knowledge gaps regarding the cultivation of sea cucumber in general, 

even  less  is known about cultivation  in co‐culturing systems, and nothing  is known about  including 

sea cucumbers in recirculation systems as would be the case in aquaponics.   

 

Shrimps 

Effluent  discharge  of  saltwater  shrimp  farming  (Figure  11)  currently  causes  large  environmental 

problems, especially  in  regions where  the expansion of  shrimp  farming  in  coastal ecosystems has 

been developed (Cheng, 2010; Mariscal‐Lagarda et al., 2012). New innovations are being developed 

to mitigate  the  impact  of  shrimp  pond  effluents,  such  as  recirculating  systems  and  constructed 

wetlands (Mariscal‐Lagarda et al., 2012). As for other aquacultural production, aquaponics may offer 

solutions, but  little scientific  research has been done considering  the use of shrimp  in aquaponics. 

There  is a  report  from a  student who grew Atriplex hortensis hydroponically  in aquaria containing 

shrimp  (Cheng,  2010).  Regrettably,  the  setup  was  very  small,  and  some  shortcomings  in  the 

experimental design negatively  influenced growth and 

development  of  the  plants.  Also,  the  salinity  in 

commercial shrimp ponds usually  is 5 to 10 ppt, while 

in  the experiment a salinity of 20 ppt was used. Plant 

growth  and  development might  be  higher  under  the 

68 

 

lower salinity conditions of commercial shrimp ponds. Also, only Atriplex was used as a plant species 

in  the  experiment,  while  it  is  unclear  whether  Atriplex  is  suitable  for  growth  under  hydroponic 

conditions.    Figure 11: Shrimp (liveblue.net) 

 

Another article describes the use of shrimp waste water for irrigating tomatoes, without recirculation 

(Mariscal‐Lagarda et al., 2012). Stocking rate of the shrimp was 50 post larvae per m2 and 15 plants 

per  fish  tank  (4.9  plants  m‐2).  Prior  to  placement  in  the  experimental  tanks,  the  shrimp  were 

acclimated  in a raceway  in which salinity was decreased from 35 ppt to 0.6 ppt  in six days and was 

retained at 0.6 ppt for another six days. The water used  in the experimental tanks was  low salinity 

ground water (0.65 ppt). During the trial, additional KCl and MgNO3 fertilizer applications were made 

if the primary productivity in the pond water was low. During the 19 weeks of culture in the trial, the 

water temperature, dissolved oxygen, and pH of the shrimp tanks fluctuated between 20.4 and 32.3 

°C, 8.1  to 10.6 mg L‐1, and 7.7 and 9.6,  respectively. Salinity of  the water applied  to  the  tomatoes 

varied  between  0.80‐0.97  ppt.  Tomatoes  were  grown  in  pots  with  a  zeolite  base,  maintaining 

nitrogen availability. Tomato yield using shrimp effluent water for irrigation was similar to that using 

nutritive solution and significantly higher  than using ground water.  In  the shrimp setup, water not 

used by the plants was recirculated to the shrimps. Although it is unclear how well the system would 

perform in absence of the KCl and MgNO3 fertilizer applications, this experiment indicates that there 

is a potential  for using  low  salinity water  in a  recirculating aquaponics  system  in which cultivation 

vegetables is combined with cultivation of shrimps.  

69 

 

70 

 

 

Other research regarding integrated salt water systems 

On various locations in Zeeland, The Netherlands, research on integrated salt water systems is being 

performed  by  Stichting  Zeeuwse  Tong  (KNDW).  This  foundation  is  a  development  project  from 

businesses,  research  institutes  and  education  institutes  for  an  integrated,  within  the  dykes 

(‘binnendijks’) system combining culturing of sandworm (Alitta virens), fish such as sole (Solea solea), 

shell fish, algae, and saline crops (Figure 12).  

 

Figure  12:  From  left  to  right:  Alitta  virens  (sandworm,  www.marinespecies.com),  Solea  solea  (sole, 

commons.wikimedia.org) and Aster tripolium (sea aster, www.floracyberia.net). 

 

The sandworms are used as feed for the fish, the excrements of the fish stimulate the production of 

algae and saline crops, while algae are the food of shell fish and sandworms. All nutrients that are 

taken  from  the  system  in  the  form  of  harvest  are  replaced,  for  instance  through  feeding  the 

sandworms.  Currently,  the whole  system  functions within  the  dykes. Water  is  taken  in  from  the 

Oosterschelde  and  filtered,  after which  it  flows  to  a basin  in which  the  sandworms  and  soles  are 

cultured.  The nutrient  rich water  flows  to  an  adjacent basin, where  algae  are  cultured. Next,  the 

water flows to a third basin,  in which shell fish are kept. These shell fish filter the water. Currently, 

saline crops are not yet  integrated  into the system. Among the crops under research are sea aster 

(Aster tripolium, Figure 12) and glasswort (Salicornia europaea, Figure 3). Several pilots are running in 

order  to  further  develop  this  integrated  system.  The  foundation  is  aiming  at  demonstrating  and 

promoting  the  possibilities  of  salt  water  systems,  both  in  The  Netherlands  and  worldwide.  The 

foundation  also  offers  trainings  to  entrepreneurs  who  are  interested  in  starting  to  exploit  this 

integrated system. 

71 

 

72 

 

 

Conclusions 

Some conclusions can be drawn  regarding  the possibilities of designing saline aquaponics systems, 

taking  into account  low salinity aquaponics, high salinity aquaponics, and other forms of  integrated 

systems. 

In some areas, access to fresh water  is highly  limited while saline ground water  is widely available. 

Low salinity aquaponics systems may offer opportunities for the production of crops and fish in such 

areas. Certain crops and  fish are known  to be both biologically and economically suitable  for  fresh 

water aquaponics. Some of these crops and fish also show a relatively high degree of salt tolerance 

and can therefore potentially be used in designing sustainable low salinity aquaponics systems. Other 

species that thrive under low salinity, such as shrimp, may also be included. However, more research 

is  needed  to  establish  salt  tolerance  of  different  crops,  fish,  and  other  organisms  in  recirculation 

systems.  This will  allow  to  select  the  appropriate  combination  of  species  that  is  suitable  for  the 

salinity of the water which is available. 

High  salinity  aquaponics  systems  would  limit  the  environmental  impact  of  culturing marine  fish 

species. Most likely, fish which are currently used in inland marine aquaculture are also suitable for 

recirculation aquaponics systems with similar fish tank size. For a ‘conventional’ aquaponics design, 

using raft and/or media grow beds, halophytes will need to be identified that are biologically suitable 

for these systems. Moreover, these halophytes would preferably have an economic value apart from 

their  environmental  value  in  reducing waste water. More  research  is  needed  to  identify  species 

suitable  for  this  purpose.  Another  possibility  of  high  salinity  aquaponics  is  to  divert  from  the 

commonly used raft and media grow beds. Cultivation of sea weed in a system using raceways offers 

potential  to  be  included  in  an  aquaponics  system.  However,  the  cultivation  of  sea  weed  in 

recirculation systems  is currently too complex and expensive and will need to be developed further 

prior to uptake in aquaponics systems. 

In regions where there is no water scarcity, it may not be necessary to design recirculating systems. 

In that case, saline aquaculture effluent may be used for  irrigation of hydroponic or soil grown salt 

tolerant species. The plant component will function as a filter for the waste water. Open systems are 

less complex  than recirculation systems, and more  research has been done on using saline ground 

water and saline aquacultural effluent for irrigation in open systems than in closed systems. 

 

Based  on  this  review,  it  is  not  possible  to  draw  final  conclusions  on  ‘the  feasibility  of  saline 

aquaponics’. Saline aquaponics is a very vague term, and a variety of systems may be described using 

this header. Moreover, feasibility  is highly dependent on the objectives of the system and the  local 

context of  limited  resources and  constraints  (Graaskamp, 1972). For different  specified  cases,  this 

local context and the objectives of a potential project will first need to be established. Examples of 

questions to be answered are: Should food or another economically valuable crop be produced or is 

73 

 

filtering of effluent the main objective?; Is there already a form of aquaculture taking place and if so, 

what  are  related  constraints?; What  type  of  water  (of  which  salinity)  will  be  the  source  of  the 

system?; Are there water constraints?; Is there market potential for fish/crops/sea weed/shrimps/?; 

etc. After analysis, it can be determined whether feasible saline systems can be designed to meet the 

objectives and which can function in the local context of limited resources and constraints. 

  

74 

 

75 

 

Bibliography 

 

Aronson,  J. A.  (1989). HALOPH: A Database of Salt Tolerant Plants of  the World. Tucson, AZ., Arid Land Studies, University of Arizona. 

Ayers, R. S. and D. W. Westcot  (1989). "Water quality  for agriculture." FAO  Irrigation and Drainage Paper 29. 

Brown, J. J., E. P. Glenn, K. M. Fitzsimmons and S. E. Smith (1999). "Halophytes for the treatment of saline aquaculture effluent." Aquaculture 175(3–4): 255‐268. 

Buhmann, A. and  J. Papenbrock  (2013).  "Biofiltering of aquaculture effluents by halophytic plants: Basic  principles,  current  uses  and  future  perspectives."  Environmental  and  Experimental Botany 92(0): 122‐133. 

Cheng, H. (2010). "Saltwater Hydroponics Atop Shrimp Farms: Exploring a New Method of Reducing Environmental Impacts from Shrimp Aquaculture in Tropical Developing Countries." Tropical Resources 29. 

eHALOPH.  "Halophytes  Database  version  3.01 (http://www.sussex.ac.uk/affiliates/halophytes/index.php)."   Retrieved November 2013. 

Gaag,  J.  J.  v. d., M. P. C. P. Paulissen  and P. A.  Slim  (2010). Halophyte  filters  as  saline  treatment wetlands. Applications and constraints. Alterra Report. Wageningen, Alterra. 2115. 

Gallagher,  J.  (1985).  "Halophytic  crops  for  cultivation  at  seawater  salinity." Plant  and  Soil 89(1‐3): 323‐336. 

Glenn, E. P., T. Anday, R. Chaturvedi, R. Martinez‐Garcia, S. Pearlstein, D. Soliz, S. G. Nelson and R. S. Felger (2013). "Three halophytes for saline‐water agriculture: An oilseed, a forage and a grain crop." Environmental and Experimental Botany 92(0): 110‐121. 

Glenn, E. P., J. J. Brown and E. Blumwald (1999). "Salt tolerance and crop potential of halophytes." Critical Reviews in Plant Sciences 18(2): 227‐255. 

Graaskamp, J. A. (1972). "A rational approach to feasibility analysis." The Appraisal Journal 40: 513‐521. 

Greenway,  H.  and  R. Munns  (1980).  "Mechanisms  of  Salt  Tolerance  in  Nonhalophytes."  Annual Review of Plant Physiology 31: 149‐190. 

Hortimare.  "Propagating  seaweed  for  a  sustainable  future  (http://www.hortimare.com/)."   Retrieved October 2013 to January 2014. 

Hortimare (2012a). Eindrapportage Geïntegreerde Zilte Aquacultuur: VIS, SCHELP & WIER, Hortimare BV. 

Hortimare (2012b). Seaweed biofilter design. Advice report. Project: Vis, Schelp & Wier. 

76 

 

Iqbal, K. J., N. A. Qureshi, M. Ashraf, M. H. U. Rehman, N. Khan, A. Javid, F. Abbas, M. M. H. Mushtaq, F. Rasool and H. Majeed (2012). "Effect of Different Salinity Levels on Growth and Survival of Nile Tilapia (Oreochromis niloticus)." Journal of Animal & Plant Sciences 22(4): 919‐922. 

Kasim,  H. M.  (1983).  "Salinity  tolerance  of  certain  freshwater  fishes."  Indian  Journal  of  Fisheries 30(1): 46‐54. 

KNDW. "Zeeuwse Tong (http://www.kndw.nl/projecten/zeeuwse_tong/)."     Retrieved October 2013 to January 2014. 

Kotzen,  B.  and  S.  Appelbaum  (2010).  "An  Investigation  of  Aquaponics  Using  Brackish  Water Resources in the Negev Desert." Journal of Applied Aquaculture 22(4): 297‐320. 

Mariscal‐Lagarda, M. M., F. Páez‐Osuna, J. L. Esquer‐Méndez, I. Guerrero‐Monroy, A. R. del Vivar and R.  Félix‐Gastelum  (2012).  "Integrated  culture of white  shrimp  (Litopenaeus  vannamei) and tomato  (Lycopersicon  esculentum Mill)  with  low  salinity  groundwater: Management  and production." Aquaculture 366–367(0): 76‐84. 

Martins, C. I. M., E. H. Eding, M. C. J. Verdegem, L. T. N. Heinsbroek, O. Schneider, J. P. Blancheton, E. R. d’Orbcastel and  J. A.  J. Verreth  (2010).  "New developments  in  recirculating aquaculture systems in Europe: A perspective on environmental sustainability." Aquacultural Engineering 43(3): 83‐93. 

NIO (2006). SAGAR ‐ A pocketbook on the ocean with special reference to the waters around India. Goa, India, National Institute of Oceanography. 

Noordzeeboerderij. "http://www.noordzeeboerderij.nl/."   Retrieved October 2013 to January 2014. 

Purcell, S. W., C. A. Hair and D. J. Mills  (2012). "Sea cucumber culture, farming and sea ranching  in the tropics: Progress, problems and opportunities." Aquaculture 368–369(0): 68‐81. 

Schofield, P. J., M. S. Peterson, M. R. Lowe, N. Brown‐Peterson, W. T. Slack, D. R. Gregoire and J. N. Langston  (2011).  "Survival,  growth  and  reproduction  of  non‐indigenous  Nile  tilapia, Oreochromis niloticus  (Linnaeus 1758).  I. Physiological  capabilities  in  various  temperatures and salinities." Marine and Freshwater Research 62: 439‐449. 

Schwarz, M. (1963). "The use of brackish water in hydroponic systems." Plant and Soil 19(2): 166‐172. 

Vliet, J. A. van (2014). Aquaponics: a literature review. Unpublished. 

Webb,  J. M., R. Quintã, S. Papadimitriou, L. Norman, M. Rigby, D. N. Thomas and L. Le Vay  (2012). "Halophyte  filter  beds  for  treatment  of  saline  wastewater  from  aquaculture."  Water Research 46(16): 5102‐5114. 

Wu, R. S. S. and N. Y. S. Woo (1983). "Tolerance of hypo‐osmotic salinities in thirteen species of adult marine fish: Implications for estuarine fish culture." Aquaculture 32(1–2): 175‐181.