Aquaponic Systems Utilize the Soil Food Web to Grow Healthy Crops

Brian Filipoich*、Synni Schramm、Josh Pyle、凯文·萨维奇、加里·德拉诺、珍妮尔·哈格尔和埃迪·博尔莱因

研究摘要

1\。 土壤食物网在生物培系统中居住在哪里？

• 微生物聚集在生物培系统内的所有表面上并悬浮在水柱中。

• 根是生物培系统和土壤中微生物活动的热点。

• 系统内的微型利基为细菌提供了理想的生长条件。

• 不同的系统组件提供了独特的环境，并承载不同的微生物群落。

2\。 生物培系统中的土壤食物网有多大和多样化？

• 已发现，生物培系统拥有与土壤相当的数量和多样性的微生物，如果不是更大的话。

• 美国农业部的水培和水培特别工作队关于水培番茄的案例研究 [^4] 发现，该系统中的细菌、真菌、原生动物和线虫数量超过了典型有机土壤中的预期水平。

3\。 土壤食物网在生物培系统中做什么？

• 土壤食物网微生物分解固体物质，使植物更容易获得宏观和微量营养素。

• 土壤食物网微生物提供生物控制和抑制疾病，改善植物的整体健康和质量。

• 居住在植物根系根际的细菌可以改善植物组织的细胞过程。

• 研究发现，与土壤相比，作物腐烂和粪便微生物在生物培系统中不那么普遍。

简介

无论是消费者、种植者、决策者还是企业主，我们都会做出影响我们食物生产地点和方式的决策。

由于气候变化、环境退化、水资源枯竭、经济不安全、饮食不良和污染造成的健康问题以及人口快速增长和城市化等紧迫的全球问题趋同，我们的粮食系统正在迅速变化。

在我们塑造新的食品系统时，一个关键的考虑因素是我们是否能够获得高质量的新鲜水果和蔬菜，特别是可持续种植的水果和蔬菜

我们必须评估诸如 aquaponics 这样的新种植方法是否能够提供用种子种植的新鲜水果和蔬菜，以及自时代黎明以来植物所使用的共生生物过程。

Aquaponics 将循环鱼类培养与水培植物生产相结合，并提供符合许多消费者需求模具的农产品。 Aquaponics 是生产鱼类和植物的可持续方式，因为它可以节约水资源、恢复营养丰富的水产养殖排放、限制鱼类和植物使用化学添加剂，并提高植物生长率，而不是土壤农业。

尽管动态不同，但水生产依赖于植物在土壤农业中使用的相同生物过程。 健康的土壤拥有极其庞大、多样化的生态系统

与植物共生关系共存的微生物。 细菌、真菌、原生动物、线虫等微生物对植物的一系列重要过程负责，例如营养输送、疾病抑制和环境监管。 这个术语是土壤食物网。

尽管缺乏土壤，但在水声系统中也存在着同样多样化的微生物群落。 本概况介绍了基于研究的信息，了解 aquaponic 系统如何利用土壤食物网生产最高质量的农作物。

本文件引用的研究基于水培系统和水培系统的生物活性形式。 2016 年美国农业部水培和 Aquaponic 特别工作组报告将这些系统称为 “生物栽培”。

1\。 土壤食物网在生物培系统中居住在哪里？

• 在生物培系统中，土壤食物网微生物聚集到固体表面上，例如根部、罐壁、管道、浮动颗粒，尤其是在 “生物过滤器” 中聚集在固体表面上，特别是用于收纳有益细菌的特定目的的组成部分。

• 某些微生物可以排出凝胶状物质，使它们能够 “浮” 并保持悬浮在水柱中。 伪单胞菌 sp.S. 和芽孢杆菌等微生物排泄允许微生物在水柱内聚集在一起的细胞外聚合物物质（HP/AP 报告）。

• 与土壤一样，生物培系统的根源是微生物活动的热点 [^2]。

• Aquaponic 系统具有微型利基，允许细菌在根据氧气、营养素和其他生长参数的可用性不同的区域生长和繁殖。 微细利基可以让某些细菌在特定于其理想生长参数的环境中茁壮成长，从而提高其有效性和功能性 [^3]。

• 微生物群落在循环水产养殖系统罐、固体过滤器、生物过滤器以及代表独特而复杂的环境的培养水方面发现了显著差异。 微生物群落因系统而异，反映不同的鱼类培养物种、水质参数、饲料、pH 值或其他因素 [^7]。

2\。 生物培系统中的土壤食物网有多大和多样化？

• 研究发现每毫升（cfu/ml）细菌有 1,000,000 至 10,000 万个菌落形成单位，水培系统中有 10 至 1000 个 cfu/ml 真菌 [^9]。在水培系统中发现了 10,000,000,000 cfu/ 克根 [^1]。

• 研究表明，生物培系统分别具有可比（如果不是更大）的微生物作为堆肥和土壤的数量和多样性 [^8]。

• 水培西红柿中生长介质上的细菌、真菌、原生动物和线虫高于典型有机土壤中的预期水平，这表明养分循环能力很高。 土壤食物网生物的养分循环在生物培生产系统中非常有效，每英亩可以吸收 300 磅氮（HP/AP 报告）。

3\。 土壤食物网在生物培系统中做什么？

• 土壤食物网主动循环生物培系统中的营养物质。 微生物释放分解浮动有机物质的酶，占用可用的营养素，最终将这些营养素提供给其他微生物或植物（HP/AP 报告）。

• 微生物有助于螯合金属以增加植物根部对营养素的吸收（HP/AP 报告）。

• 土壤食物网通过保护植物免受病原体侵害来进行生物控制。 来自水生菜根的样本中比例相对较高的比例发现了与生物控制有关的细菌菌株，包括伪单胞菌属、Acidovorax spp.、Sphingobium 属或 Flavobacterium 属。[^6]。

• 在水基系统中促进根菌的植物生长信号植物创造二级代谢物，例如黄酮类化合物和其他抗氧化剂，有助于抑制植物疾病、固氮、细胞调节和颜色特性 [^8]。

• 发现水生物过滤器中的微生物具有：硝化；异营养性和自动营养脱硝；硝酸盐还原为氨；以及厌氧铵氧化。

• 与土壤中种植的生菜相比，Aquaponic 种植的生菜的变质和粪便微生物的浓度明显低 [^5]。

结论

Aquaponics 是生产鱼类和植物的可持续方式，因为它可以节约水资源、恢复营养丰富的水产养殖排放、限制鱼类和植物使用化学添加剂，并提高植物生长率超过土壤农业。

研究表明，与土壤一样，生物培系统使用土壤食物网来执行一系列重要功能。 所有利益攸关方都可以将生物培系统视为向不断增长的人口提供健康的天然作物的绝佳选择，而对环境的影响最小

贡献者

-* 通讯作者：Aquaponics 协会公共政策主任 Brian Filipoich -辛辛那提山基督教学院的研究生 Synni Schramm 和 Josh Pyle -辛辛那提山基督教学院教师凯文·萨维奇和加里·德拉诺伊 -肯塔基州立大学研究助理 Janelle Hager -Eddie Beuerlein，蓝魔农场，有限责任公司

引用

引文

[^1]：查夫、M、P. 达伯特、R. 布伦、J. J. 戈登和 C. 庞塞。2008 年。 在水培作物中接受物理化学处理的根面细菌群落的动态。 作物波特。27:418-426。

[^2]：Hrynkiewicz、K 和 C. 鲍姆。2012。 《根际微生物促进受干扰土壤中植物生长的潜力》，第 89-100 页。 在可持续发展的环境保护战略中。

[^3]：Munguia-Fragozo、P.、O. Atorre-Jacom、E. Rico-Garcia、I. Torres-Pacheco、A. 克鲁斯-埃尔南德斯、奥坎波-贝拉斯克斯、J. Garcia-Trejo 和 R. Guevara-Gonzalez，2015 年，水生物社区分析的 “OMIC” 技术：国际生物医学研究，v 2015 年，文章 ID480386、10 页、土耳其政府部 10.1155/2015/480386。

[^4]：国家有机标准委员会。 水培和 Aquaponic 工作队报告。 USDA。 2016 年 7 月 21 日。

[^5]：Sirsat、S.A. 和 J.A. Neal，2013 年，无土生长生菜与土壤生长的生菜的微生物概况以及对抗生菜上的病原体代孕物和破坏微生物的干预方法：食品，v 2，第 488-498 页，DOI 10.3390/foods2040488。

[^6]：施茂茨、Z.、A. Graber、S. Jaenicke、A. Goesmann、R. Jungge 和 T.H.M. 史密斯，2017 年，水生学系统不同隔间的微生物多样性：微生物学档案馆，DOI 10.1007/s00203-016-1334-1，8 p。

[^7]：施赖尔、H、N. Mirzoyan 和 K. Saito，2010 年，《再循环水产养殖系统中生物过滤器的微生物多样性：生物技术现状》，第 21 页，第 318-325 页。

[^8]：塔伯，莎拉。7 个事实会让你重新思考水培的 “不育”。 明亮的 Agrotech 博客。 2016 年 5 月 13 日。

[^9]：Wechter-Kristensen、B.、S. 卡斯佩森、S. 阿达尔施泰因松、P. Sundin 和 P. Jensen。1999 年。 封闭的水培培养中的有机化合物和微生物：发生和对植物生长和矿物营养的影响。 阿塔·霍尔蒂奇。481:197-204。