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5.4 水源
水是水生系统中使用的关键介质，因为它是系统的两个主要组成部分（鱼类和植物组成部分）之间共享的，它是系统内养殖资源的主要载体，并设定了鱼类和植物养殖的整体化学环境。 因此，它是一个至关重要的组成部分，可能对系统产生重大影响。 在水生系统中，水基环境、水源和水源含有的化学、物理和生物对该系统产生重大影响，因为它为该系统的各种投入需要添加的内容确定了一个基线。 这些投入反过来又会影响和设置鱼类和植物养殖的环境。 例如，任何水生生物系统的一些主要营养物质投入包括但不限于鱼饲料 (该系统的主要营养资源)、应用的缓冲液 (有助于控制和设定与鱼类和植物成分有关的 pH 值) 以及任何外部为满足鱼类和植物的营养需求而需要添加营养成分或补充（伦纳德 2017 年）。 鱼类饲料旨在提供鱼类生长和健康所需的营养，因此含有主要用于养殖鱼类的营养混合物和数量（Timmons 等人，2002 年；Rakocy 等人，2006 年）。 另一方面，植物对鱼有不同的营养要求，鱼饲料很少满足植物的总营养要求（Rakocy 等人，2006 年）。 正因为如此，只使用鱼类饲料衍生的养分资源来养殖鱼类和植物的水生系统可以有效和最佳地生产鱼类，但它们很少对植物这样做。 最好的水生养系统设计认识到，最终的结果是以最佳和高效的生长速度生产鱼类和植物，因此也认识到需要某种形式的额外营养来满足总的植物营养要求（Rakocy 等人，2006 年；Suhl 等人，2016 年）。 经典的、完全循环的水生养系统通常依赖鱼类饲料（在鱼类消耗该饲料后，代谢它并利用其中的营养物质）作为植物的主要营养来源，并通过某种缓冲方式补充植物所需的任何缺失的营养物质（Rakocy 等人，2006 年）或通过补充营养素（例如，将螯合营养物直接添加到培养水中，或通过叶面喷雾添加营养物质）（Roosta 和 Hamidpour，2011 年）。 这种经典的循环水上乐园方法的最佳例子是詹姆斯·拉科奇博士及其 UVI 团队开发的 UVI（维尔京群岛大学）水生系统（Rakocy 和 Hargreaves 1993 年；Rakocy 等人，2006 年）。 UVI 设计主要通过添加鱼饲料来增加鱼类和植物培养的营养物质。 然而，鱼饲料中含有足够的钙（Casup+/SUP）和钾（KSup+/SUP）以实现最佳植物培养。 通过细菌介导的鱼废水溶解氨转化为硝酸盐，导致水柱内全系统产生氢离子，而这些氢离子的增殖导致系统水 pH 值不断降低到酸。 所采用的缓冲方法将基本盐（通常是基于碳酸盐、碳酸氢盐或羟基离子与钙或钾配对的盐）添加到系统中，以帮助控制系统水的 pH 值，达到鱼类和植物, 同时提供植物所需的额外钙和钾 (Rakocy 等人, 2006 年). 此外，UVI 系统通过定期和受控制的螯合物添加了另一种用于植物生长的主要营养素，标准鱼饲料铁 (Fe) 中没有提供。 因此，通过这两个额外的营养供应机制获得鱼饲料中没有的植物所需的钾、钙和铁（Rakocy 等人，2006 年）。 分离的水生设计采用一种方法来养殖鱼类和植物，其方式是鱼类使用水，鱼类废物的养分被提供给植物，而不会将水再循环回鱼类（Karimanzira 等人，2016 年）。 因此，分离式设计允许在鱼类使用后更灵活地定制水化学，从而优化植物生产，因为鱼类饲料中不存在的营养素（和鱼类废物）的补充可以在不考虑水回归鱼类的情况下实现（Goddek 等人，2016 年）。 这意味着分离式设计可能会将更严格的营养混合物和强度应用于培养水、鱼后使用、植物培养，而且可以通过更严格和更强烈的营养补充来实现这一目标。
· Aquaponics Food Production Systems5.3 一般原则
尽管水生物的定义尚未完全解决，但有一些一般性原则与广泛的水生生物方法和技术有关。 尽可能最佳和有效地利用水生养系统中添加的营养物质来生产企业的两种主要产品（即鱼类和植物生物量）是与该技术相关的重要和共同的第一原则（Rakocy 和 Hargreaves 1993；Deleide 等人，2016 年；Knaus 和 Palm(2017 年)。 向一个系统添加营养物质 (在金钱、时间和价值方面具有固有成本) 没有用处，以便观察这些营养物质的高比例被划分为与生产的鱼类和植物或任何中间生命没有直接关系的过程、要求或结果可以帮助鱼类和植物获取营养素的形式（例如微生物 —— 细菌、真菌等） （伦纳德 2017 年）。 因此，与水生鱼类有关的最重要的一般原则可能是尽可能有效地利用应用的营养物质，以实现鱼类和植物的最佳生产。 同样的论点也可适用于有关水生系统的用水需求；同样，添加到该系统的水应主要由鱼类和植物使用，并尽可能有效地使用，不允许泄漏到不直接的过程、生命形式或结果与鱼类和植物生产相关，或可能对周围环境产生影响（伦纳德 2017）。 实际上，营养物质和水的有效利用导致了一些设计原则，这些原则被广泛应用于水生生物法： 最重要的原则是将鱼类产生的废物作为植物的主要养分来源。 事实上，这是水上乐器的整个想法，因此应该是该方法的一阶驱动程序。 Aquaponics 历来被视为一种使用鱼类水产养殖废物种植植物的系统，以便这些水产养殖废物对环境的影响较小，并被视为一种积极和有利可图的商品，而不是一种带有相关成本的麻烦废物产品，以满足环境立法要求 (拉科奇和哈格里夫斯 1993 年; 爱等人. 2015 年 a, b). 该系统的设计应鼓励使用鱼类养殖和植物养殖技术，这些技术本身不会吸收或破坏性地利用所添加的水或养分资源。 例如，不鼓励以土池为基础养鱼组成部分，因为土池有能力使用和使相关鱼类和植物无法获得水和养分资源，从而降低了该系统的水和养分利用效率。 同样，水培植物培养方法不应使用摄取过多营养物质或水的培养基，并导致植物无法使用这些培养基（Lennard 2017）。 系统设计不应通过生产外部废物流而浪费养分或水。 主要是，如果水和营养物质通过废水流离开系统，那么水和这些营养物质就没有被用于鱼类或植物生产，因此，水和这些营养物质正在被浪费，而且该系统的效率也不够高。 此外，废物流的生产可能对环境产生潜在影响。 如果废水和营养物质确实离开了水生系统，它们应用于替代的、外系统之间的植物生产技术，以避免水和养分浪费，有助于食用或可销售的生物质的整体生产，并且不会对环境产生更广泛的影响潜力（泰森等人，2011 年）。 该系统的设计应当是降低或理想的，完全消除水或营养物质对环境的直接影响。 水生养殖的首要目标是将鱼类产生的废物作为植物的养分来源，以免这些营养物质直接排放到可能造成影响的周围环境 (Tyson 等人，2011 年)。 Aquaponic 系统设计最好能够位于环境控制的结构和情况下（例如温室、鱼室）。 这使得该系统有可能实现鱼类和植物的最佳生产率。 大多数水生设计在资本成本和持续生产成本方面相对较高，因此，在完美的环境中容纳系统的能力增强了利润潜力，从而证明了高资本和生产成本（Lennard 2017）。 以上概述的设计原则与一套常规原则直接相关，这些原则经常适用于水生产环境，但并非总是适用于水生产环境。 这些一般原则涉及该系统的运作方式以及如何在系统及其居民中分配营养物质。 在营养物的动态背景下，水生鱼的基本前提是鱼饲料，鱼代谢和利用鱼饲料中的营养物质，根据它们未使用的鱼饲料中的物质释放废物（包括元素），微生物群接触这些鱼的代谢废物并使用他们的少量, 但转换其余, 和植物然后访问和删除这些微生物区系转化, 鱼代谢废物作为营养来源，并在一定程度上，清洁这些废物的水介质和抵消任何相关的积累 (Rakocy 和 Hargreaves 1993; Love 等人. 2015a, b). 由于以土为基础的鱼类生产系统本身去除养分，水产养殖系统通常采用所谓的循环水产养殖系统原则来处理鱼类生产组成部分（Rakocy 和 Hargreaves，1993 年；Timmons 等人，2002 年）。 鱼被储存在由不从水中去除养分的材料（塑料、玻璃纤维、混凝土等）制成的水箱中，过滤水处理或去除鱼类的代谢废物（固体和溶解的氨气体），然后将水（和相关营养物质）引导至植物养殖组成部分使用鱼类废料作为其营养资源的一部分 (Timmons 等人, 2002 年).
· Aquaponics Food Production Systems5.2 水族学的定义
水产养殖与综合农业-水产养殖系统 (IAAS) 的更广泛定义相吻合。 然而，IAAS 在许多情况下应用了许多不同的水生动植物生产技术，而水产养殖与水生或水培植物培养技术（如循环水产养殖系统；RAS）相结合的关系更为紧密。伦纳德 2017 年）。 RAS 技术应用保存和标准的鱼类养殖方法，通过应用过滤来控制和改变水化学，使其适合鱼类（即快速高效地去除固体鱼废物，高效、细菌转化潜在有毒溶解的鱼类废物氨降低硝酸盐毒性, 并通过辅助曝气或直接注入氧气来维持氧气) (Timmons 等人, 2002 年). 水培和基质培养技术应用保护和标准的方法来培养水生环境中的食用陆地植物（即植物通过水基输送方法获得生长所需的营养物质）（Resh 2013）。 水产养殖与标准 RAS 水产养殖和水栽培/基质培养的关联意味着水产养殖通常被简单地定义为 “… 在耦合或分离水循环下鱼类生产（水产养殖）和无土植物栽培水培的组合”（Knaus 和 Palm 2017）。 这一宽泛的定义强调硬件、设备或技术的整合，而且很少强调该方法的任何其他方面。 由于 Aquaponics 是一种相对较新的工业规模技术，它采用了不同的方法和方法，因此应用的定义似乎非常宽泛。 有些人仅在循环环环境中对水生进行定义（Cerozi 和 Fitzsimmons 2017），有些人专注于不将水从植物返回到鱼类的方法（Delide 等人，2016 年），另一些则包括循环和分离方法（Knaus 和 Palm 2017）。 此外，一些研究人员正在将灌溉水产养殖污水用于土壤作物生产的水产养殖污水纳入水生产（Palm 等人，2018 年）。 从历史上看，按照这个词的细分（* 水产 * 养殖和水文 * 种子 *），水产养殖被定义为仅涉及水产养殖和水培植物生产（Rakocy 和 Hargreaves 1993），因此目前试图与土壤培养相关联的尝试似乎不协调。 ！ 图片-3 ** 图 5.1** 水生系统内营养素流动的示意图。 鱼饲料是主要的营养切入点。 鱼吃饲料，使用他们需要的营养物质，释放其余的废物，然后将这些废物分割在微生物、植物和系统水之间。 （改编自伦纳德 2017 年） 虽然水生养殖系统确实将基于水箱的水产养殖技术与水培植植物培养技术相结合，但水生系统的工作方式是向生产居民（鱼类和植物）和提供生物和化学服务的居民提供营养物质，并在他们之间划分营养物质，有助于生产居民结果（微生物群落）（图 5.1）（伦纳德 2017）。 因此，水上乐园是否更像是一个与营养物供应、动态和分区相关的系统，而不是与应用的技术、设备或硬件相关的系统？ 在过去的几十年中，水生动物的定义已经包括了类似的主题，有微妙的变化。 Rakocy 及其 UVI 团队的科学出版物一般都提供了最广泛的定义，例如：
· Aquaponics Food Production Systems5.1 导言
Aquaponics 是一种被称为综合农业-水产养殖系统（IAAS）的更广泛农业方法的一个子集技术（古利和 Gavine，2003 年）。 这一学科包括将各种形式和风格的水产养殖做法（主要是鳍鱼养殖）与植物农业生产相结合。 综合农业-水产养殖系统的理由是利用水产养殖与植物生产之间共享的资源，例如水和养分，发展和实现经济上可行和环境上更可持续的初级生产做法（Gooley 和 Gavine，2003 年）。 实质上，陆地植物和水生动物生产系统都有一个共同的资源：水。 植物通常通过蒸腾消耗水，并将其释放到周围的气态环境中，而鱼类的水消耗量一般较低，但由于积累的代谢废物，它们的封闭培养物会产生大量废水流。 因此，水产养殖可以以非消费性的方式纳入植物生产的供水途径，以便通常用于生产一种作物（植物）的水源生产两种作物（鱼类和植物）。 将水产养殖与植物生产灌溉供应途径结合起来的另一个令人感兴趣的好处是，水产养殖也通过鱼类（和其他水生动物）新陈代谢产生的溶解和未溶解废物产生废物养分。 因此，水产养殖也可能产生适合和协助植物生产的废物养分流，满足植物的营养要求。 Gooley 和 Gavine（2003 年）将水产养殖与传统陆生和水生植物生产系统相结合带来的优势归纳为： 提高农业生产力和盈利能力，而不增加水消费量 ([第 2 章](社区/文章/第 2 章 — — 关闭有限的水土地和营养资源的周期))。 农场多样化，转向价值较高的作物，包括高价值的水生物种。 重新利用其他原因浪费的农场资源 (例如捕获和再利用养分和水)。 减少半密集型和密集型农业做法对环境的净影响。 通过抵消现有农业资本和运营开支而获得的净经济效益 ([第 18 章](社区/文章/第 18 章商业-水产-远程道路))。 Aquaponics 据说是从相对古老的农业做法演变而来的，将鱼类养殖与植物生产相结合，特别是在东南亚、水稻稻养殖环境和南美 Chinampa、浮岛、农业实践（科米夫人和荣格 2015 年). 事实上，从历史上看，直到十九世纪（Halwart 和 Gupta，2004 年），鱼类很少被积极添加到稻田中，而且密度很低，无助于对这些植物提供大量的营养援助。 Chinampas 传统上建立在墨西哥湖泊，其中营养 优势可能是通过富营养或半富营养湖泊沉积物提供的，而不是直接从任何设计或积极集成的鱼类生产系统获得的（莫雷哈特 2016；巴克达诺 1993）。 20 世纪 70 年代开始于美国，并由几家对更可持续耕作方法感兴趣的机构共同发展。 早期的重要工作是由几位研究人员进行的，但最终，几乎所有现代水上乐器的祖先被认为是詹姆斯·拉科奇及其在维尔京群岛大学（UVI）的团队从 20 世纪 80 年代初开始的工作和生产的系统（Lennard 2017）。 Aquaponics 现在被认为是一个新兴产业，在更广泛的全球农业生产环境中占有相关地位，而且鱼类养殖与水生植物培养相结合的技术有许多变化，这些技术在水生动物标语或名称下集体定义（克瑙斯和棕榈 2017). 因此，水上乐园试图通过各种方法将水养殖动物生产与水栽植物生产相结合，在主要生产组成部分之间共享水和营养资源，生产商业和可销售的鱼类和植物产品。
· Aquaponics Food Production Systems4.5 再循环营养液消毒
为了尽量减少土壤传播病原体的风险，需要对循环营养液进行消毒（Postma 等人，2008 年）。 热处理 (Runia 等人, 1988 年) 是第一种方法. Van Os (2009 年) 概述了最重要的方法，摘要如下。 营养液的再循环为节省水和肥料创造了可能性（Van Os 1999）。 营养液再循环的最大缺点是将根传病原体扩散到整个生产系统的风险增加。 为了最大限度地减少这种风险，应先处理该解决方案，然后再使 由于并非所有此类病原体都能获得有效的杀虫剂，而且如果有的话，可能会出现抗药性，环境立法限制将含有杀虫剂（和营养物质）的水排放到环境中（欧洲议会和欧洲理事会2000 年. 此外，在 AP 系统中，使用杀虫剂会对鱼类健康产生负面影响，即使系统的水培和 AP 部分位于不同的房间内，也无法进行，因为喷洒化学品可能通过冷凝水或直接喷洒在基底上进入营养液板。 有鉴于此，可以采用生物控制方法来管理虫害疾病，可以通过欧盟 Aquaponics 中心概况介绍（欧盟 Aquaponics 中心）查阅。 与此同时，在使用与植物循环不兼容的兽药处理鱼类时，也可以观察到类似的问题。 4.5.1 消毒方法说明 循环营养溶液的消毒应持续进行。 所有返回的排水量（白天 10—12 小时）必须在 24 小时内处理，对于在基材种植中（石棉、尾叶、珍珠岩）的 1000 msup2/sup 的温室，每天消毒能力约为 1—3 msup3 msup3/sup 以消毒，估计需要剩余的滴灌水量为 30%灌溉番茄植物在 24 小时期间在夏季条件。 由于排水回收率各不相同，因此需要一个足够大的排放水的集水箱，在将水泵送到消毒装置之前将其储存在内。 消毒后，需要另一个水箱储存清洁的水，然后调整 EC 和 pH 值，并与新的水混合，以供给植物。 这两种罐体的平均尺寸为每 1000 毫安/苏克/苏克。 在营养膜系统（NFT）中，每天大约需要 10 msup3/sup 每日消毒。 人们普遍认为，这种能力消毒是不经济的（Ruijs，1994 年）。 DFT 需要类似的治疗。 这是 NFT 和 DFT 生产单位通常不会对营养液进行消毒的主要原因。 消毒是通过非化学或化学方法进行的，如下所示：
· Aquaponics Food Production Systems4.4 植物生理学
#4.4.1 吸收机制 在植物营养所涉及的主要机制中，最重要的是吸收，对于大多数营养物质来说，这种吸收在营养液中溶解盐后以离子形式进行。 活性根是参与营养吸收的植物的主要器官。 阴离子和阳离子从营养液中吸收，一旦植物内部，它们就会导致质子（HSUP+/SUP）或羟基（OHSUP /SUP）退出，从而保持电荷之间的平衡（海恩斯，1990 年）。 这一过程在保持离子平衡的同时，可能会导致溶液的 pH 值相对于吸收的营养物质的数量和质量发生变化（图 4.6）。 这一过程对园艺师的实际影响有两个方面：为营养溶液提供足够的缓冲能力（如果需要添加碳酸氢盐），并在选择肥料时引起轻微的 pH 值变化。 肥料对 pH 值的影响涉及所用化合物的不同化学形式。 ！ 图片-3 ** 图 4.6** 植物根系吸收离子 例如，在 N 的情况下，最常用的形式是硝氮（NOSuB3/SuP-/SUP），但当 pH 值降低时，氮可以作为铵氮（NHSub4/SubP+/SUP）供应。 吸收后，这种形式会引起 HSUP+/SUP 的释放，从而导致培养基的酸化。 气候条件，特别是空气和基底温度以及相对湿度，对营养物质的吸收产生重大影响（普雷吉策和国王 2005 年；马斯克劳斯-道布雷斯等人，2010 年；马施纳 2012 年；科尔泰拉等人，2014 年）。 一般来说，最好的生长发生在基材和空气温度之间的差异很小的地方。 然而，根系统中持续的高温水平会产生负面影响。 次优化温度会降低 N 的吸收（Dong 等人，2001 年）。 虽然 NHSub4/SubP+/SUP 可在最佳温度下有效使用，但在低温下，细菌氧化减少，导致植物内积累，从而产生毒性症状，并对根系和空中生物量造成损害。 根层的低温也抑制了 K 和 P 的同化，以及 P 转位。 虽然关于低温对吸收微量营养素的影响的现有资料不那么清楚，但看来，汞、锌、铜和钼的吸收受影响最大（Tindall 等人，1990 年；Fageria 等人，2002 年）。 #4.4.2 基本营养素及其作用和可能的对抗 植物营养的适当管理必须基于基本方面，这些方面受到宏观和微量营养素的吸收和使用影响（Sonneveld 和 Voogt，2009 年）。 需要相对较大量的宏观营养素，而微量营养素或微量元素则需要少量。 此外，在无土系统的情况下，植物的养分可获得性或多或少呈现协同作用和拮抗现象（图 4.7）。 _ 氮 (N) _ 氮被植物吸收，产生氨基酸、蛋白质、酶和叶绿素。 植物施肥中最常用的氮形式是硝酸盐和铵。 硝酸盐迅速被根部吸收，在植物内部具有高度可移动性，并且可以储存而不会产生毒性影响。 铵只能少量被植物吸收，而且不能大量储存，因为它会产生毒性作用。 含量高于 10 mg LSUP-1/SUP 抑制植物钙和铜的摄取，与根茎生长相比增长增长，并导致叶片呈现强烈的绿色。 氨浓度的进一步过度会导致植物毒性作用，例如沿叶片边缘发生氯化。 过量的氮气供应会导致高营养生长、延长作物周期、绿叶颜色强烈、果实低、组织中含水量高、组织木质化低和组织硝酸盐积累率高。 通常情况下，缺氮的特点是老叶片呈淡绿色（氯化症）、生长减少和衰老推进。
· Aquaponics Food Production Systems4.3 水培系统的种类，根据水分/养分分布
##4.3.1 深流技术 深流技术（DFT），也称为深水技术，是在装满 10—20 厘米营养液的容器中培养浮动或悬挂支撑（木筏、板、板）的植物（Van Os 等人，2008 年）（图 4.3）。 在 AP 中，这可以达到 30 厘米。 有不同的应用形式，可以区分主要通过溶液的深度和体积，以及再循环和氧合的方法。 ！ 图 4.3 具有浮动面板的 DFT 系统的图示 其中一个最简单的系统包括 20—30 厘米深的罐体，可以采用不同材料制造，并用聚乙烯薄膜进行防水处理。 水槽配备了浮筏（供应商提供多种类型），用于支撑水上的植物，同时植物的根部渗透到水中。 该系统特别令人感兴趣，因为它最大限度地减少了成本和管理。 例如，对养分溶液控制和校正的自动化需求有限，特别是在生菜等短期作物中，因为在这种情况下，相对较大的溶液只有在每个周期结束时才有利于补充营养溶液，而且只有氧含量需要定期监测。 氧水平应高于 4—5 毫克 LSUP-1/SUP；否则，由于根系统吸收性能低，可能会出现营养缺乏。 溶液循环通常会增加氧气，或者可以添加文丘里系统，从而大大增加空气进入系统。 当水温高于 23 ℃ 时，这一点尤其重要，因为这种高温可能会刺激生菜螺栓。 #4.3.2 营养膜技术 NFT 技术无处不在，可被认为是经典的水培培养系统，营养液在水槽中流动和循环，水层为 1—2 厘米（库珀 1979；詹森和柯林斯 1985；Van Os 等人，2008）（图 4.4）。 营养液的再循环和没有基质是 NFT 系统的主要优势之一。 另一个优势是，它具有巨大的自动化潜力，可以节省劳动力成本（种植和收获），以及在作物周期中管理最佳植物密度的机会。 另一方面，由于缺乏基材和低水位，NFT 容易受到泵故障的影响，例如电源堵塞或故障。 营养液中的温度波动会导致植物压力，随后导致疾病。 ！ 图片-4 ** 图 4.4** 由西班牙新成长系统 (NGS) 开发和销售的 NFT 系统（左图）和多层 NFT 槽的图示（右图） 根系的发展是一个主要制约因素，因为它阻碍了长周期作物的生产（4 至 5 个月以上），其中一部分仍然悬浮在空气中，而且暴露在早期老化和功能丧失的情况下。 由于该系统很容易受温度变化的影响，因此不适用于辐照和温度高的种植环境 (例如地中海盆地南部地区)。 然而，为了应对这些挑战，我们设计了一个多层 NFT 槽，可实现更长的生产周期而不会出现堵塞问题 (NGS)。 它是由一系列相互连接的层组成的，所以即使在强大的生根植物种（如西红柿）中，营养溶液仍然会通过一个较低的定位层绕过根部堵塞层来找到它的方式。
· Aquaponics Food Production Systems4.2 无土系统
在水培栽培领域进行的深入研究导致了各种种栽培系统的发展 (Hussain 等人, 2014 年)。 实际上，所有这些都可以与水产养殖结合实施；然而，为此，有些比其他人更适合（Maugili 等人，2018 年）。 由于可能使用的系统种类繁多，因此需要对不同的无土系统进行分类（表 4.1）。 ** 表 4.1** 按不同方面划分的水培系统分类 表 海神 tr 类 = “标题” 特性/th Th/th 示例/th /tr /thead Tbody tr 类 = “奇数” td 行跨 = “6” 无土系统 /td td 行跨 = “3” 无底板 /td TDNFT（营养膜技术）/td /tr tr 类 = “偶数” 电子语系统/TD /tr tr 类 = “奇数” TdDFT（深度流动技术）/td /tr tr 类 = “偶数” td 行跨 = “3” 带基板 /td TDD 有机基质（泥炭、椰子纤维、树皮、木纤维等） /td /tr tr 类 = “奇数” td 无机基材（石棉，浮石，沙子，珍珠石，粉丝， 膨胀粘土） /td /tr tr 类 = “偶数” TD-合成基材（聚氨酯、聚苯乙烯）/td /tr tr 类 = “奇数” td 行跨 = “2"打开/关闭系统/td TD开放或运行到废物系统/td td 这些工厂不断用 “新鲜” 的解决方案进行喂养，而不会恢复 从种植模块中排出的解决方案 (图 4.
· Aquaponics Food Production Systems4.1 导言
在园艺作物生产中，无土种植的定义涵盖了在无土条件下提供植物生产的所有系统，在这些系统中，水和矿物质的供应是在有或没有生长介质的营养溶液中（例如石棉、泥炭、珍珠石、浮石、椰子纤维等）。 无土培养系统，通常称为水培系统，可以进一步分为开放式系统，其中多余的营养液不再循环再循环，而封闭系统则收集来自根部的多余养分流量并回收回养殖系统（图 4.1）。 无土培养系统已经发展成为一种可能的解决办法，以避免土壤传播疾病，而这种疾病一直是温室栽培行业的一个问题。 如今，在大多数欧洲国家，无土种植系统在园艺实践中是常见的，尽管并非每个国家都会大规模发生这种情况。 与土壤种植作物相比，无土系统的优势有： -从使用土壤以外的基质和/或更容易控制土壤传播的病原体开始，无病原体。 -生长和产量与耕地的土壤类型/质量无关。 -通过有针对性的营养液供应，更好地控制生长。 -重复利用营养液的潜力，从而最大限度地利用资源。 -通过更好地控制其他环境参数 (温度, 相对湿度) 和害虫, 提高产品质量. ！ 图片上的信息 图 4.1 开放循环 (a) 和闭环系统 (b) 的方案 在大多数情况下，采用开放循环或循环到废物的系统，而不是闭环或再循环系统，尽管在越来越多的欧洲国家，后者是强制性的。 在这些开放系统中，用完和/或多余的养分溶液沉积到地下水体和地表水体中，或用于露天耕作。 然而，关于经济和环境问题，无土系统应尽可能封闭，即在发生养分溶液再循环、重复使用基材和使用更可持续的材料的地方。 封闭系统的优点是： -减少废弃物的数量。 -减少对地下水和地表水的污染。 -更有效地使用水和肥料。 -由于更好的管理选择，产量增加。 -由于节约材料和提高产量，成本降低。 还有一些缺点，例如： -所需的高水质。 -高投资 -循环营养液迅速传播土壤传染病原体的风险。 -在循环营养液中积累潜在的植物毒性代谢物和有机物质。 在商业系统中，通过物理、化学和/或生物过滤技术对水进行消毒来解决病原体分散问题。 然而，阻碍温室作物使用循环营养溶液培养的主要因素之一是灌溉水中盐的积累。 通常情况下，由于离子的积累，导电率 (EC) 稳步增加，这些离子没有被作物完全吸收。 在鱼饲料中含有的氯化钠 (NaCl) 可能会在该系统中积累，这种情况可能尤其如此。 为了修正这个问题，建议增加海水淡化步骤可以改善多循环 AP 系统中的营养平衡（Goddek 和 Keesman 2018）。
· Aquaponics Food Production Systems3.6 RAS 和水上乐器
Aquaponic 系统是循环水产养殖技术的一个分支，其中包括植物作物，以实现企业生产多样化，提供额外的水过滤能力，或者两者的结合。 作为 RAS 的一个分支，水生系统与 RAS 中发生的相同的物理、化学和生物现象绑定在一起。 因此，水生态学、流体力学、气体转移、水净化等相同的基本要素或多或少地适用于水生物，但水质控制除外，因为植物和鱼类可能具有特定和不同的要求。 RAS 和水生动物的基本经济现实也是相关的。 这两种技术都是资本密集型和高度技术性的，并受到规模经济、组件的适当设计、对市场条件的依赖和操作者的专门知识的影响。 3.6.1 福利 在水生系统中，应最大限度地吸收养分，以便健康生产植物生物量，但不忽视鱼类在水质方面的最佳福利条件（Yildiz 等人，2017 年）。 采取措施减少引入或传播疾病或感染的风险以及加强水产生物安全也很重要。 还应考虑到化感化学品，即植物释放的化学品可能产生的影响。 此外，应仔细考虑饮食消化率、粪便颗粒大小和沉降比对水质的影响。 目前仍然缺乏关于植物所需矿物质的适当水平与鱼类新陈代谢、健康和福利之间的关系的知识（Yildiz 等人，2017 年），需要进一步研究。 #3.6.2 微生物多样性与控制 正如本章前面提到的那样，水产养殖系统将循环水产养殖系统与水培单元结合在一起。 其中一个最重要的特点是对细菌及其代谢产品的依赖。 此外，[第 3.2.6 节]（/社区/文章/3-2-评论 Ras #326-硝酸盐水质控制）。讨论了微生物群落及其控制在 RAS 中的重要性。 细菌是连接高铵浓度鱼类排泄物与植物肥料的桥梁，而植物肥料应该是低铵和高硝酸盐的组合（Somerville 等人，2014 年）。 由于水生系统可以有不同的亚装置，即鱼缸、生物过滤器、滚筒过滤器、沉淀罐和水培装置，每个装置都有不同的设计和不同的最佳条件，因此这些组成部分中的微生物群落可能会有很大差异。 这提供了一个有趣的研究主题，最终目标是改进系统管理流程。 Schmautz 等人（2017 年）试图对水生生物系统不同区域中的微生物群落进行表征。 他们得出结论认为，鱼类粪便包含一个单独的群落，以 Cetobacterium_ 属细菌为主，而植物根系、生物过滤器和周围植物的样品则更加相似，细菌群落更加多样化。 生物过滤器样本中含有大量的 _硝基脊虫（占总群落的 3.9%），这些物质在周围植物或植物根系中发现的数量很少。 另一方面，在同一样本中只发现了少量的亚硝基体 _ (0.64%) 和硝基菌 _ (0.11%)。 第二组生物通常被测试是否存在于水生生物系统中，因为它们主要负责硝化（鲁朗瓜和 Verdegem 2015；邹等人，2016 年）；_硝基斯皮拉 _ 最近才被描述为总硝化剂（Daims 等人，2015 年），能够直接转换铵在系统中硝酸盐。 因此，Nitospira 的主导地位在这些系统中是一个新奇的，可能与基本设置的差异相关（Graber 等人，2014 年）。 Schmautz 等人（2017 年）还强调指出，由于未测量其代谢活性，_硝基脊虫的增加并不一定与系统中这些生物的更大活性相关。 此外，许多物种的细菌和大肠杆菌本质上存在于水生循环生物过滤器中，用于对有机物和鱼类废物进行转化。 这意味着存在许多微生物，可以是植物和鱼类的病原体，以及人类。 为此，一些微生物被视为系统中产品和水质的安全指标（Fox 等人，2012 年）。 其中一些安全指标是大肠杆菌 _ 和沙门氏菌 _ spp。 因此，最近进行了急需的研究，以确定水生产品的微生物安全性（Fox 等人，2012 年；Sirsat 和 Neal，2013 年）。 Munguia-Fragozo 等人（2015 年）确定了水生物学中微生物活性分析的未来方向，他回顾了微生物群落分析的 Omic 技术。 他们得出结论认为，元基因组学和元基因组学分析对未来水生物系统微生物多样性的研究至关重要。
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