FarmHu
7.8 系统规划和管理问题
水生耦合取决于鱼类单位提供的营养物质，无论是商业密集型 RAS 还是在较小的作业条件下储存的鱼缸。 后者的鱼类密度通常约为 15—20 公斤/msup3/SUP（罗非鱼、鲤鱼），但非洲鲶鱼的产量可高达 50 公斤/msup3/SUP。 这种不同的储存密度对植物的营养通量和养分供应情况、水质控制和调整的要求以及适当的管理做法都有重大影响。 与养分浓度相关的过程水质主要取决于饲料的成分和鱼类各自的更替率。 饲料输入和饲料营养物质之间的差异，在鱼体内吸收或因养护系统而丢失，等于水产养殖的植物现有营养物质的最大潜力。 如上所述，营养浓度应调整到水平，使植物能够有效生长。 然而，并非所有的鱼类都能够承受这样的条件。 因此，具有弹性的鱼类，如非洲鲶鱼、Timapia 或鲤鱼是首选的水生鱼类。 在罗斯托克大学，对全鲶鱼及其标准饮食作为产量和输入值进行了分析，以确定大量营养素 N、P、K、钙、镁和 S 以及微量营养素铁、锰、钼、铜、锌和硒的营养率。 除 P 之外，给予鱼类的饲料营养物质的 50% 以上不会保留在鱼体内，并且可以被视为潜在的植物营养物质（Strauch 等人，2018 年；图 7.12）。 然而，这些营养物质并不平均分布在工艺水和沉积物中。 尤其是大量营养素（N、P、K）在工艺水和固体部分内积累，而微量营养素（如铁）会在由澄清器分离的固体部分中消失。 图 7.13 显示了在一种密集的非洲鲶鱼 RAS 中收集污泥 6 天后，每个澄清剂清洗的营养产量。 固体中结合的植物必需营养物质相对于出现溶解的相应量的比例显著：N = 48%，P = 61%，K = 10%，钙 = 48%，镁 = 16%，S = 11%，铁 = 99%，锰 = 86%，钼 = 100%，锌 = 48%，铜 = 55%。 ！ 图片-3 ** 图 7.12** 非洲鲶鱼水产养殖中可能用于水生植物生产的未使用的营养物质（原始数据） ！ 图片-3 ** 图 7.13** 工艺水和固体内的宏观营养素和微量营养素的分布情况。 (数据来自施特劳赫等人 (2018))
· Aquaponics Food Production Systems7.7 鱼类和植物的选择
#7.7.1 鱼类生产 在较大规模的商业水生鱼类和植物生产需要满足市场需求。 根据各自的系统设计和当地市场，鱼类生产允许物种变化。 鱼类的选择也取决于它们对系统的影响。 可以避免由于营养浓度不足而造成的问题耦合水鱼类生产，对鱼类健康产生负面影响。 如果水生耦合系统具有平衡的鱼与植物比例，那么正在清洁水的植物将吸收有毒的营养物质。 由于接受有毒物质取决于物种，鱼种的选择对经济成功具有决定性的影响。 因此，必须找到鱼类和植物之间的正确组合和比例，特别是那些水污染活动较少的鱼类和养分保留能力较高的植物。 对于水质和可接受的养分负荷的具体需求，没有清楚地了解一个特定的鱼类家族在耦合水生系统中的好处。 Naegel（1977 年）发现，在他使用 _罗非鱼（罗非鱼）和普通鲤鱼（鲤鱼）时，对鱼类和鱼类生长没有明显的负面影响。 路易斯等人（1978 年）以及萨顿和刘易斯（1982 年）在美国也使用了海峡鲶鱼。 研究表明，水生水的质量很容易满足不同鱼种的需求，特别是通过使用 “易生产” 的鱼种，例如瓦滕和布希的蓝色 _罗非鱼（以前为沙罗冬金鱼）（1984 年）；尼罗罗非鱼（_Oreororomis）这种方法经常用于对不同植物种类的研究，作为示范鱼种进行研究（拉科奇 1989 年；拉科奇等人，2003 年，2004 年；哈菲德等人，2008 年；拉科西 2012 年；比利亚罗埃尔等人，2011 年；西梅尼杜等人，2012 年；棕榈等人，2014 年；2017 年；和 _ 罗非鱼 _ 杂交-红色株 (_在干旱沙漠环境中进行了调查（科岑和阿佩尔鲍姆 2010；阿佩尔鲍姆和科岑 2016）。 在水生鱼类中使用的鱼类种类有所扩大，至少在欧洲，这种种类的基础是使用本地鱼类以及消费者接受度较高的鱼类。 这包括棕榈等人（2014 年 b）、克瑙斯和棕榈（2017 年 a）和巴斯曼等人（2017 年）在德国北部成功生长在水生耦合条件下生长的非洲鲶鱼（Claras gariepinus_）。 C. gariepinus 的优点是更接受不利的水参数，例如铵和硝酸盐，而且由于其特殊的空气呼吸生理学，不需要额外的氧气供应。 意大利潘塔内拉（2012 年）和马来西亚 Endut 等人（2009 年）进一步描述了水生耦合条件下的高生长率。 由于世界许多地区的生产和管理没有问题, 产品质量高, 市场需求不断增加, 因此, 预计非洲鲶鱼的产量将会扩大. 在欧洲，其他具有较高市场潜力和经济价值的鱼类最近已成为水生鱼类生产的焦点，特别强调食鱼鱼类，如欧洲海鲈鱼 ‘赞德’ (Sander lucioperca)。 Pikeperch 生产是一种对水参数相对敏感的鱼类品种，在罗马尼亚进行了水生耦合测试。 Blidariu 等人（2013a, b）与传统生产相比，生菜（Lactuca sativ）中的 PSub2/Sub5/Sub（磷五氧化物）和硝酸盐水平显著高于传统生产，这表明可以在耦合水生物中生产梭鱼，而不会对鱼类产生负面影响通过营养物毒性生长。 诸如鲤鱼等 塞浦路斯科 (塞浦路斯形) 已经被用于水生耦合中，通常表现出更好的生长，储存密度降低，水生工艺水流量最低（有效使用水）印度 锦鲤的最佳放养密度为 1.
· Aquaponics Food Production Systems7.6 盐水/盐水水生产品
一个相对较新的研究领域是评估工艺水的不同盐度以促进植物生长。 由于全世界的淡水需求不断增加，价格居高不下，人们对将盐水/咸水资源用于农业、水产养殖和水产养殖等领域给予了一定的注意。 咸水的使用十分重要，因为像以色列这样的许多国家都有地下咸水资源，世界上一半以上的地下水是盐水。 虽然地下盐水的含量估计仅占全世界水资源总量的 0.93%，为 12,870 000 千马苏普/苏普，但这比占所有淡水储量的 30.1% 的地下淡水储量（10,530,000 千千克素普/苏普）还多。 ！ 图片-3 ** 图 7.8** 罗斯托克大学（德国）渔业温室后采用的大型水生养模块的模式（监督）（1000 平方米，2018 年棕榈等人），具有：(a) 独立的水产养殖单位，(b) 水输送系统和 (c) 独立的水培单位；F1-F9 鱼储罐，S）沉积计，P-I 泵一（生物过滤泵），P-II 泵二（水产养殖再循环泵），T）涓流过滤器，苏）油槽。 在中间，养分水输送系统与 Wt-I) 水输送槽从水产养殖单元，P-III）泵三，将养分丰富的水从水产养殖输送到 C）水培单元右侧与 Nu）养分罐和独立的水培再循环系统和种植台（或 NFT）; P-IV) 泵 4，将水培装置中的营养低水泵送回 WT-II) 水输水槽 2 和水产养殖单元，以应对水生养殖条件（如果不使用，则分离） 2008 年至 2009 年在以色列的内盖夫沙漠进行了首次公布的关于咸水在水生生物中使用的研究（科岑和阿佩尔鲍姆，2010 年）。 作者研究了咸水水生鱼的潜力，可以利用该地区地下 550—1000 米的估计 200-3,000 亿马苏普/水泵。 这项研究和其他研究使用了高达 4708—6800 微克/厘米（4000—8000 微克/厘米 = 中度盐水、科岑和阿贝尔鲍姆 2010 年；阿贝尔鲍姆和科岑 2016）的耦合水生生态系统与罗非皮亚 _ sp。 （尼罗罗非鱼的红色株 Niloticus_x 蓝色 _ 罗非鱼 O. aureus 杂交），结合深水培养浮筏和砾石系统。 这些系统与饮用水系统作为控制对象。 种植了各种各样的草药和蔬菜，在咸水和淡水系统方面取得了非常好的和比较的结果。 在这两个系统中，鱼类的健康和生长都与植物生长一样好，如韭菜 ()、芹菜 (_) (图 7.
· Aquaponics Food Production Systems7.5 缩放耦合水联系系统
典型的水生耦合系统范围从小型到中型和大型系统（Palm 等人，2018 年）。 扩大规模仍然是未来的挑战之一，因为它需要仔细测试可能的鱼类和植物组合。 可以重复最佳单元尺寸，以形成多单元系统，与生产规模无关。 根据 Palm 等人（2018 年），水声系统的范围分为：（1）迷你，（2）爱好，（3）家庭和后院，（4）小/半商业和（5）大（r）规模系统，详情如下： ！ 图片-3 ** 图 7.5** 家用耦合微型水生系统（\ 2 m<sup2/sup，2018 年棕榈等人之后）与曝气（a）和泵（b）的原理，水培（c）类似于生物过滤器 小型装置（图 7.5）通常由一个小型鱼库组成，例如鱼缸或水族馆，植物生长在表面上或在一个小水培床内。 通常使用传统的水族箱过滤器、曝气和泵。 迷你系统的尺寸通常不超过 2 毫升（Palm 等人，2018 年）。 这些小水生系统可以在家庭中使用，只有少数植物供家庭消费，种植植物，如西红柿，草药或观赏植物。 这些系统通过在大城市特别流行的家庭生活区域中添加 “自然”，为人类生活空间增添了新的价值。 有些迷你系统只包括一个植物花瓶和一个或多个没有过滤器和泵的鱼。 然而，这些系统只是短期运行，因为缺少受管制的过滤器。 ！ 图片-3 ** 图 7.6** 家庭爱好水生系统的耦合原理（2018 年棕榈等人之后 2—10 msup2/sup）与 (a) 鱼缸和曝气，(b) 尼尔森和帕德 (2007) 之后改变沉积器或澄清器；(c) 水耕床，例如与不同作物的砾石，作为生物过滤器和 (d)泵 业余爱好水上乐器系统被分类为最大尺寸为 10 msup2/sup（Palm 等人，2018 年）。 由于鱼类放养密度更高，饲料和曝气更多，因此需要一个机械沉淀装置（沉积物/澄清器）（图 7.6）。 沉积仪可在不使用能源的情况下去除系统中的颗粒物质 — “淤泥”，例如粪便和未食用的饲料。 水通过重力从鱼缸流向沉积器，然后通过水培罐，然后滴入水池，从水泵或空气升降机将水泵回鱼缸。 在爱好装置中，植物床作为天然微生物过滤器，通常使用介质床底材，例如沙子、细砾石或珍珠石。 爱好水生系统更多的类别的噱头，不针对粮食生产。 他们宁愿享受集成系统的功能。 顾名思义，爱好系统通常由爱好者安装，他们有兴趣种植各种水生生物和植物供他们自己使用和 “乐趣”。 国产/后院水生动物的目的是外部家庭生产鱼类和植物，其特点是最大生产面积为 50 平方米/苏普（Palm 等人，2018 年）。 这些系统是由爱好者建立的。 该结构在技术上与众不同，具有更高的鱼产量、额外的曝气和更高的饲料输入。 水生耦合原理应用于一个单一的泵，该泵 [循环]（https://dict.
· Aquaponics Food Production Systems7.4 水产养殖股
养鱼罐（大小、数量和设计）是根据生产规模和使用的鱼类种类而选择的。 Rakocy 等人（2006 年）使用了四个大型渔业罐，用于 UVI 水生系统（美国）中的 O. niloticus 的商业生产。 随着杂食性或食鱼类的生产，如 C. gariepinus，应该使用几个水槽，因为对大小类进行分类和交错生产（Palm 等人，2016 年）。 鱼缸的设计应当使沉淀在罐底的固体可以通过底部的废水有效地去除。 这种固体废物的清除是水生水生养殖和分离水产养殖的第一个关键步骤。 这些废物来自于水产养殖生产过程中产生的未食饲料、鱼粪、细菌生物量和絮凝剂，增加了 BOD，降低了水产养殖和水栽单位的水质和氧气供应。 在水产养殖中，固体废物在很大程度上是有机碳，由异养细菌用来通过消耗氧来产生能量。 固体废物的清除越好，该系统对鱼类和植物的总体性能就越好，即最佳氧化水平，根际上没有颗粒积聚抑制营养素的吸收，圆形或椭圆形罐证明效率特别高（Knaus 等人，2015 年）。 德国渔业温室中水生耦合鱼类生产在不同规模上进行了测试，以确定成本效益。 这是在非洲鲶鱼生产大量（最多 50 公斤，35 只鱼 3SUP）或密集型（最多 200 公斤，140 条鱼 3/ 苏普）的情况下进行的。 由于成本效益平衡负，不能推荐半密集型生产（最多 100 公斤、70 条鱼 msup-3 苏克）。 在半密集型生产模式下，系统维护、劳动力和饲料投入与密集型生产相同，但鱼类和植物生物量产量减少，水产养殖单位的任何经济收益都没有得到回报（Palm 等人，2017 年）。 这是由于生化氧需求高 (BOD)、由于氧气可用性降低而导致的高脱硝化、相对较高的水交换率、主要是厌氧矿化与明显降水、低 P 和 K 水平以及 pH 值较低、鱼类产量少得多与密集的条件。 相比之下，大量的鱼类生产能够提高氧气供应量，降低水交换率，改善了植物生长的营养物质。 因此，在上述条件下，用于联合水生鱼的 RAS 鱼类生产单位要么在广泛或密集的鱼类生产条件下运作，应避免中间条件。 #7.4.1 过滤 澄清器，有时也称为沉积器或涡流分离器（另见 [第 3 章]（/社区/物品/第 3 章-再循环-水产科技）），是用于清除水生耦合装置中固体废物的最常用装置（Rakocy 等人，2006 年；Nelson 和 Pade 2007；Danaher 等人，2013 年，图 7.4）。 必须从系统中清除较大的颗粒物，以避免产生脱硝效应的缺氧区或 HSub2/Subs 的发展。 大多数澄清器使用薄膜或板片来帮助去除固体物质。 在操作和清洗过程中，锥形底部可以支持底部的污泥浓度，而平底部则需要大量的水冲出和去除污泥。 在操作过程中，固体沉入澄清器底部，形成污泥。 根据进料输入和保留时间的不同，这种污泥可以形成相对较厚的层。 污泥层内的微生物活性逐渐转向厌氧条件，刺激微生物脱硝。 这种工艺可以减少植物可用的硝酸盐，应该避免，尤其是在工艺水用于水培植物生产的情况下。 因此，脱硝化可能会对水生耦合剂产生反作用。
· Aquaponics Food Production Systems7.3 耦合水上乐器：一般系统设计
水生耦合原理结合了三类生物：(1) 水生生物，(2) 细菌和 (3) 在封闭的再循环水体中互利的植物。 水是一种营养物质运输的媒介，主要来自溶解的鱼类废物，这种废物被细菌转化为营养物质，促进植物生长。 这些细菌（例如，硝基菌 _ 规格，_ 硝基杆菌 _ 规格）将铵氧化成亚硝酸盐，最后是硝酸盐。 因此，细菌需要接收大量的铵和亚硝酸盐，以稳定菌群生长和硝酸盐产量。 因此，在水生耦合系统中，体积至关重要，一）水产养殖单元遵循循循环水产养殖系统（RAS）的原理，二）细菌生长基底，三）植物单位的空间和要培养的植物数量。 它们一起形成了水生单元（图 7.2）。 ！ 图片-3 ** 图 7.2** 水生系统与鱼、细菌和植物在完全封闭的水循环中的耦合原理 工艺水的特定生物化学成分对水生耦合系统具有特别重要的意义。 由于食物或未食用的饲料颗粒、有机鱼类废物和工艺水中的细菌，营养物质的乳液与酶和消化细菌相结合，支持鱼类和植物的生长。 有证据表明，与水产养殖（鱼）和水培（植物）等独立系统相比，水生生物和作物在水生水生物中的生长可能相似，甚至更高。 Rakocy（1989 年）描述了水联生物中罗非鱼产量略高（罗非鱼 Nilotica_，46.8 千克），与独立鱼类养殖（41.6 千克）相比，夏季口水生菜产量（385.1 千克）略有增加。 Knaus 等人（2018b）记录，与传统的水培（2393 叶）相比，水生生物提高了 O. 巴硅的生物量增长，显然是由于植物的叶片产生增加（水生生物中的 3550 片叶）。 Delide 等人（2016 年）表明，生菜的水生和水培处理表现出类似的植物生长，而含营养物质的补充水生溶液的拍摄重量最佳。 戈德克和维默伦（2018 年）也提出了类似的意见。 雷莫嫩和西雷尼（2017 年）观察到巴达维亚沙拉的根重、叶面积和叶色增加（Laktuca sativa var）。 (Capita) 和冰山生菜 (L. sativa) 与水生生产的加工水，再加上额外的肥料。 某些植物，如生菜 (Lactuca sativa)、黄瓜 (Cumis sativus) 或西红柿 (_Solanum Lycopersicum _) 可以更快地消耗营养物质，因此与水培学相比，花在水生中早期（萨维多夫，2005 年）。 此外，Saha 等人（2016 年）报告说，O.basium 与小龙虾 _ 普罗坎巴鲁斯 _ 属植物生物量产量较高，水生生物系统的启动受肥率较低。
· Aquaponics Food Production Systems7.2 耦合水生器的历史发展
关于耦合水生子系统的大多数原始研究工作都在美国进行，在欧盟的地位越来越多，部分是由 CODE 行动 FA1305、EU Aquaponics 中心和其他欧洲研究中心发起的。 如今，完全循环的水生系统设计几乎完全占据了美国水生行业的主导地位，据估计，90% 以上的美国现有水生系统采用完全循环设计（Lennard, pers. comm.）。 美国第一次水生耦合研究是在伊利诺伊州渔业和水产养殖中心（原 SIU 合作渔业研究实验室）和动物学系进行的，重点是存放海道鲶鱼（Ictalurus punctatus）的耦合水生系统，并与西红柿 (Lycoperes) (刘易斯等人, 1978 年). 作者指出，只有在工艺水中提供所有基本的宏观营养素和微量营养素时，才有可能实现最佳的植物生长，因此在营养不足的情况下需要补充营养素。 作者还表明，植物可用铁缺乏，限制了植物生长，可以通过铁螯合物补充来解决这一问题。 美国的其他早期研究侧重于分析捕获的通道鲶鱼和西红柿的技术功能和质量（Lewis 等人，1978 年；萨顿和刘易斯 1982 年）。 实验室规模的水生鱼系统检查了材料、成本、水和能源消耗方面的资源效率等参数，并检查了美属维尔京群岛 (UVI) 的其他鱼类的使用情况（Watten 和 Busch 1984 年）。 James Rakocy 博士在 UVI 开发了第一个商业耦合水生系统，这是一种结合生产尼罗罗非鱼和生菜的筏系统，后来调查了其他植物品种的生产（Rakocy 1989 年，2012 年；Rakocy 等人，2000 年，2003 年。(2004 年、2006 年、2011 年)。 这一中等规模的商业设施利用了当地不需要温室的气候以及维尔京群岛的市场条件来创造利润。 随后，不同国家根据不同工厂的各自需求和技术的适当性采用了 UVI 水生生态系统，例如，在加拿大，萨维多夫 (2005 年) 采用，沙特阿拉伯则采用了 Al-Hafedh 等人 (2008 年)。 欧洲也是如此，耦合水生子系统从最初的 UVI 设计发展而来，例如格林威治大学 Aquaponics 研究实验室的垂直水生子系统（Khandaker 和 Kotzen 2018）。 其他几个研究部门研究了封闭式（或 “耦合”）水产生的技术可行性，使用各种鱼类和植物物种以及水培子系统来提高产量和减少不同排放参数（Graber 和 Junge，2009 年）。 例如，在罗斯托克大学 (德国)，研究的重点是后院系统的稳定性 (Palm 等人, 2014a)，将不同鱼类、非洲鲶鱼 (Claras gariepinus) 和尼罗罗非鱼 (尼罗罗非鱼) 结合在一起 (Palm 等人, 2014b, 2015 年)。 2015 年，在罗斯托克大学校园建造了一个现代化的实验性半商业规模水生系统 “鱼类温室”（Palm 等人，2016 年）。 然而，该系统的设计允许耦合和分离操作。 瑞士韦登斯维尔的苏黎世应用科学大学（ZHAW）建造了其他值得注意的设施（格雷伯和荣格，2009 年，Graber 等人，2014 年），冰岛公司斯维纳-维克弗拉迪有限公司的耦合和分离研究设施（2014 年，Thorararinsdottir 等人，2015 年）。Grimstad 冷水水水生系统 NIBIO Landvik（斯卡尔等人，2015 年；Torarinsdottir 等人，2015 年），位于比利时 Gembloux 的 Gembloux 农业生物科技大学的 PAFF 箱（植物和鱼类养殖箱）单循环水生系统，以及垂直养殖系统南威斯特伐利亚应用科学大学 I.
· Aquaponics Food Production Systems7.1 导言
！ 图片-3 ** 图 7.1** 由 Naegel（1977 年）生长的第一个系统图 _ 罗非鱼 _ 和普通鲤鱼在一个封闭的再循环系统中结合生菜和西红柿 鱼类和植物在耦合水中养殖的结合可以追溯到德国 Naegel（1977 年）的第一个设计，该设计使用 2000 L 爱好规模系统（图 7.1）位于受控环境温室中。 开发该系统是为了核实鱼类废水养分在完全控制的水循环条件下的使用情况，用于植物生产，包括双重污泥系统（有氧/厌氧废水处理）。 Naegel 的概念基于美国南卡罗来纳州农业实验站的开放池塘水生系统，在那里，鱼塘中的多余营养物质，放养着通道鲶鱼（Italurus punctatus），被水栽生产水栗（Eleocharis dulcis）（罗亚卡诺和格罗夫纳 1973 年). Naegel（1977 年）通过使用硝化和脱硝罐来增加其系统内的硝酸盐浓度，试图对所有氮化合物进行完全氧化，达到 1200 毫克/升的硝酸盐浓度，并展示了硝化步骤的有效性。 虽然该系统使用罗非鱼（罗非鱼）和鲤鱼（鲤鱼）以低密度（每个 20 千克/msup3/SUP）储存，但西红柿（_Lycopersicon 生菜）和冰山生菜（Lactuca Scaliola）生长良好，产量稳定。 这些第一次研究结果导致了耦合水生系统的概念，其中植物消除鱼类产生的废物，创造足够的生长，展示了两个单位的高效用水。 在 2015 年世界水产养殖大会（Tran 2015）上，Huy Tran 首次介绍了水生耦合的原理。 水生耦合系统不一定使用传统意义上的机械颗粒过滤，而且在水产养殖单位和水培单位之间保持一致的养分流动。 主要的挑战是如何管理水生耦合系统中的粪便负荷，在这种系统中，植物吸收养分，并可通过过过滤机或土工织物从系统中清除颗粒废物。 现代农业的发展, 人口增长和世界各地资源不断减少, 促进了水联系系统的发展. 由于鱼类养殖与其他养殖动物相比，鱼类养殖在蛋白质生产和水利用方面的效率要高得多，而且封闭式系统在很大程度上是独立于场地的，因此在全世界范围内可以发展出水联系系统（Graber 和 Junge，2009 年）（Kotzen 和 Appelbaum，2010 年）；2016 年阿贝尔鲍姆和科岑），甚至在城市环境中也是如此（König 等人，2016 年）。 大多数描述的系统属于国内、小规模和半商业设施（Palm 等人，2018），这些设施由爱好水族馆、爱好者或小型初创公司驱动。 本章概述的新研究结果表明，这些系统在继续发展成为商业水生产方面存在着潜力和限制因素，能够对未来的粮食生产作出重大贡献。
· Aquaponics Food Production Systems6.7 结论
以前是小规模生产者的领域，技术进步正在日益将水生物转向更大规模的商业生产，侧重于改善宏观和微量营养素的回收，同时提供技术创新，以减少水和能源需求。 然而，将水生物扩大到工业规模，需要更好地了解和维护微生物组装，并执行有利于鱼类和作物健康和福祉的强有力的生物控制措施，同时仍然符合人类食品安全标准消费。 需要进一步研究水生物中微生物病原体的生物控制，包括潜在的人类、鱼类和植物病原体，因为这些系统对扰动的敏感性，而且化学品和抗生素的使用可能对微生物种群、鱼类和鱼类产生深远影响。植物生理学，以及整个系统操作。 鉴于微生物在将有机物转化为可使鱼类和植物繁殖的可用形式方面的关键作用，阐明微生物相互作用可以提高水生物系统的生产力。
· Aquaponics Food Production Systems6.6 悬浮固体和污泥
在特定规模下操作水生鱼的参数 — — 包括水量、温度、饲料和流速、pH 值、鱼类和作物年龄和密度 — — 都影响到在其隔间内发展的微生物群落的时空分布，供审查：RAS (Blancheton 等人，2013 年)；水培（李和李 2015 年）。 除了控制水生物中的溶解氧、二氧化碳水平和 pH 值外，还必须控制 RAS 系统中固体的积累，因为细悬浮颗粒可以粘附到鳃上，引起磨损和呼吸窘迫，并增加对疾病的敏感性（Yildiz 等人，2017 年）。 更重要的是，必须快速有效地从 RAS 系统中去除颗粒有机物 (POM)，否则过度的异养生长将导致几乎所有单元过程失败。 必须仔细管理 RAS 喂料速率，以最大限度地减少系统上的固体负荷（例如，避免过量喂料并最大限度地降低喂料成本）。 饲料的生物物理特性 — — 颗粒大小、养分含量、消化率、感官吸引力、密度和沉降率 — — 决定摄入和同化率，这反过来又影响固体积聚，从而影响水质。 虽然水质经常在营养循环的背景下进行研究 (见 [第 9 章](/社区/文章/第 9 章-水壶养分循环系统))，但同样重要的是要更好地了解微生物群落的构成和根据饲料构成的变化，颗粒载荷及其如何影响异养细菌和自营养细菌群落的生长. RAS 系统设计的各种特点都是专门用于处理固体物质的（蒂蒙斯和埃伯林 2013 年）；另见回顾：（Vilbergsson 等人，2016b）。 例如，一些生物过滤器的作用是保持大量废物悬浮，以便于降解，而另一些生物过滤器则通过筛网或颗粒介质进行机械过滤。 还有一些国家依靠沉积物来收集和清除污泥。 然而，这种方法在回收污泥内的养分和使其生物可用于植物使用方面并不特别有效。 从历史上看，这种污泥一直在生物反应器中进行处理，或者脱水作为土壤作物的肥料，但是各种较新的设计试图改善水培成分中使用的回收。 改善这种污泥的回收是一个重要的研究领域，因为植物生长所需的重要宏观营养素和微量营养素的相当一部分与颗粒有机物相关，如果丢弃，这些物质就会从系统中丢失。 通过在水生物系统中增加一个额外的污泥回收循环，固体废物可转化为溶解的营养物质，供植物再利用，而不是被丢弃（Goddek 等人，2018 年）。 消化器或再矿化生物反应器是实现这一目标的一种方式，但目前尚不发达的关键领域之一包括了解如何增强这些污泥消化器中的微生物群落（例如通过添加微生物）或更好地利用（例如通过更好的方式）连接反应堆的工程设计），将养分回收成植物的生物利用形式。 尽管污泥消化器内的实际微生物群落尚未得到很好的水生物学研究，但关于农业中污水和动物废物的污泥消化器微生物群，包括鱼类污水，可以进一步深入了解在水生系统中的污泥回收。 目前关于将污泥纳入水生生物系统的研究涉及位于 RAS 和水培装置之间的消化器的再矿化（Goddek 等人，2016a，2018 年）。 在有氧或厌氧生物反应器中，有利于废物降解的环境条件可以有效地将污泥分解为生物利用的营养物质，随后可以在没有土壤的情况下输送到水培系统（Monsee 等人，2017 年）。 许多单循环水生系统已经包括有氧（Rakocy 等人，2004 年）和厌氧（Yogev 等人，2016 年）消化器，用于转化被困在鱼类污泥中的营养物质，并使它们能够用于植物。 这些解耦的能力具有许多优点，在 [第 8 章] 中进一步讨论（/社区/文章/第 8 章解耦-水壶系统），似乎会导致更高的增长率（Goddek 和 Vermeulen 2018）。 然而，尽管取得了许多进展，但实现这一目标的实际技术仍然具有挑战性。 例如，在缺氧或甚至有氧条件下培养的某些异养性脱硝细菌将使用硝酸盐作为电子受体和氧化碳来源作为能量，同时将多余的 P 储存为多磷酸盐以及 CUSUP+2/SUP 或 CuP+2/SUP 等二价金属离子。 当碱性 pH 值时，这些细菌会降解多磷酸盐并释放正磷酸盐，这是植物同化磷酸盐的必要形式（Van Rijn 等人，2006 年）。 插入再矿化生物反应器单元，如 Goddek 等人（2018 年）中的再矿化生物反应器单元，可以提供一种更好地回收水耕作用 P 的方法。 例如，对 RAS 产生的鳟鱼污泥采用了类似的方法，该污泥处理过的硝酸盐和 P 含量超过允许处置限度（Goddek 等人，2015 年）。 然而，这些过程中涉及的微生物群落对 C: N 比、氧化、金属离子和 pH 值等培养条件很敏感，因此亚硝酸盐和其他有毒中间体可以累积。 尽管大量关于各种有机废物的消化器的文献，主要是厌氧生物气生产（Ibrahim 等人，2016 年），但关于处理 RAS 废物的研究要少得多（Van Rijn 2013），而在水生系统的情况下，关于营养物质之间的关系的研究更少。水培系统中的生物利用度和作物生长 (莫勒和穆勒 2012 年).
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