آکواپونیک به عنوان کشاورزی پایدار با استفاده از یک بیوسیستم کنترل‌شده برای کشت، تولید ماهی و محصولات کشاورزی تعریف شده است، یک رابطه‌ی همزیستی از طریق محصول دفعی ماهی‌ها وجود دارد که توسط نیتروباکتر به نیترات به عنوان غذای گیاهان هیدروپونیک مانند کاهو تجزیه می‌شود.
این مفهوم از کشت پایدار مستلزم درک دقیق شرایط فیزیکوشیمیایی کلی سیستم آبی است تا خود آب برای هر دو رقم مضر نباشد. از این رو، رویکرد زمان واقعی و کم‌هزینه کمی‌سازی، پایش و ذخیره‌سازی پارامترهای فیزیکوشیمیایی آب، اولویت اصلی در کشت بدون خاک است.
از آنجایی که ترکیب مواد مغذی آب برای آکواپونیک ضروری است تا محصول قابل توجهی را برای فضای محدود، مدت زمان، هزینه و اثرات زیست محیطی محدود ارائه دهد، نیازهای مواد مغذی برای زندگی گیاهان هنوز یک موضوع تحقیقاتی باز است. نیازهای غذایی برای گیاهان به عناصر غذایی اساسی، درشت مغذی‌های اولیه، درشت مغذی‌های ثانویه، ریزمغذیها و مواد مغذی عنصری حمایتی طبقه‌بندی می‌شوند.
مواد مغذی اصلی کربن، هیدروژن و اکسیژن هستند که عموماً باید برای گیاهان از طریق هوا، آب و خاک کافی باشند. درشت مغذی‌های اولیه شامل نیتروژن (N)، فسفر (P) و پتاسیم (K) هستند که مجموعه غذایی اولیه گیاهان به شمار می‌آیند که معمولاً به عنوان کود استفاده شده و عمولاً به عنوان مجموعه‌ای از مواد مغذی NPK نامیده می‌شوند.
درشت مغذی‌های ثانویه مانند کلسیم (Ca)، منیزیم (Mg) و گوگرد (S) و ریزمغذیها مانند آهن (Fe)، منگنز (Mn)، روی (Zn)، مس (Cu)، بور (B)، مولیبدن (Mo) و کلر (Cl)، به طور کلی به عنوان کود برای محصولات استفاده نمی‌شود اما برای رشد و کیفیت آن ضروری است.
در یک تجزیه و تحلیل پیچیده مواد مغذی، به ویژه در کشاورزی بدون خاک مانند هیدروپونیک و آکواپونیک، نیتروژن توسط باکتری نیترووموناس به نیتریت تبدیل می‌شود و تبدیل نیتریت به نیترات توسط باکتری نیتروباکتر برای مناسب ساختن آن برای گیاه است.
اطلاعات مربوط به مدیریت مواد مغذی در کشت آکواپونیک به دلیل سنسورهای گران قیمت برای نظارت بر کلان و ریزمغذیها در سیستم آب در مقیاس کامل محدود است.
با توجه به وابستگی گیاهان و ماهیان به کیفیت آب در آکواپونیک، نظارت واقعی و قابل اعتماد مواد مغذی آلی ضروری مهم است.
ارزیابی کیفیت آب در حال حاضر بر اساس روش‌های آزمایشگاهی زمان‌بر و استقرار حسگرهای فیزیکوشیمیایی پرهزینه است، در پاسخ به روند به حداقل رساندن دستگاه و کاهش هزینه‌ها در پایش پایدار آب آکواپونیک، ادغام آکوافوتومیک و هوش محاسباتی اهمیت دارد.
ارقام بدون خاک نتایج تجربی تأیید کرده است که ادغام aquaphotomics و یادگیری ماشین کار نظارت زمان واقعی را آسان می‌کند.
