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20.3 水上乐器和欧盟政策
只能针对每个国家分析国家政策. 因此，我们集中注意欧盟的相关政策。 #20.3.1 欧盟相关政策概述 共同渔业政策（CFP）和共同农业政策（CAP）分别适用于水产养殖和水培学的组成部分（欧洲联盟委员会，2012 年，欧洲联盟委员会，2013 年）。 食品安全、动物健康和福利、植物健康和环境（废水和水）方面的政策也适用。 #20.3.1.1 共同农业政策 农村发展政策也被称为联合呼吁程序的第二个支柱，侧重于提高竞争力和促进创新（Ragonnaud 2017）。 每个成员国至少有一个农村发展方案. 大多数国家都制定了提供培训、重组现有农场并使之现代化、建立新农场和减少排放的目标。 禁止过度使用无机肥料的措施已列入联合呼吁程序和环境政策，并通过欧盟《硝酸盐指令》（1991 年第 91/676/EEC 号指令）和《水框架指令》加以规范。 #20.3.1.2 共同渔业政策 欧盟水产养殖委员会发布了欧盟水产养殖可持续发展的 CFP 改革和战略指导方针，以协助欧盟国家和利益攸关方应对该部门面临的挑战。 重点是促进《水框架指令》的实施，因为它涉及水产养殖（欧洲联盟委员会，2013 年）。 CFP 要求每个成员国制定一项多年期国家战略计划，其中包括促进和发展水产养殖部门的战略（欧盟委员会 2016 年）。 考虑到不同的历史和栽培物种，每个成员国都可以支持其现有的水产养殖技术，但也可以开发新的水产养殖技术，如水产养殖技术。 这一战略应导致产量增加，减少对进口的依赖。 成员国计划采取的主要行动是简化行政程序、协调一致的空间规划、提高竞争力和促进研究与发展。 在水产养殖咨询委员会的框架内，成立了水产养殖咨询委员会。 AAC 的主要目标是就水产养殖部门可持续发展相关问题向欧洲机构和成员国提供咨询和建议（Sheil 2013）。 CFP 和 CAP 的目标是分别提高水产养殖和农业的竞争力和可持续性（Massot 2017）。 CFP 的目标之一是通过获得高质量、健康和环境生产标准来利用竞争优势。 #20.3.1.3 欧盟食品安全政策 欧盟食品安全政策的目标是确保来自健康动植物的安全和营养食品，同时支持食品行业（欧盟委员会 2014 年）。 综合食品安全政策还包括动物福利和植物健康。 在动物福利战略中，有一项关于养殖鱼类福利的行动；但是，没有具体规则（欧洲联盟委员会，2012 年）。 #20.3.1.4 环境政策 水产养殖的环境影响受到一系列欧盟法律要求的管理，包括水质、生物多样性和污染。 与水上乐园运营者相关的环境政策包括防止和回收废物的战略 (欧洲联盟委员会 2011 年) 和第七次环境 欧盟环境政策下的行动计划（EAP）（欧盟 2014 年）。 #20.3.2 水产学如何为欧盟政策和战略中的目标做出贡献 Aquaponics 可以为这些政策中提到的发展目标作出贡献，其主要因素是通过养分回收减少水的使用和鱼类生产的废物。 排放的水转化为资源，固体废物可以升级为植物肥料。 由于现代水产养殖基于循环水产养殖系统，因此这些作业相对独立于其所在地，甚至可以促进区域粮食生产和价值链，即使在城市地区也是如此。 开放水产养殖系统有限制因素：水资源的使用、污染、底栖生物多样性局部减少、水体重大疏浚、土地的物理改变、水流变化以及外来物种的引入（欧盟 2016 年）。 然而，在水生系统中，可以缓解大多数限制。 与水培系统相比，水栽培系统减少了矿物化肥的使用，这些肥料往往是不可持续开采的。
· Aquaponics Food Production Systems20.2 水上乐器的法律框架
在第一部分，我们的目标是概述水生设施的建设和运营以及水生产产品的营销相关法规。 我们特别关注德国，因为在整个欧盟范围内，若干重要的法规，特别是有关分区和建筑的法规尚未统一，因此不可能在整个欧盟范围内推断。 虽然我们重点关注德国的背景，但其他国家也报告了有关规划法的类似调查结果（Joly 等人，2015 年）。 #20.2.1 施工条例 Aquaponic 设施必须遵守各种规划、建筑和供水法规，其中许多不属于欧盟管辖范围。 在德国，规划和水法的总框架在国家一级得到统一，而建筑和地方用水条例则在州一级确定，城市和区域规划涵盖城市和区域规划。 #20.2.1.1 规划法 规划法规定了土壤的使用和建筑项目与面积有关的要求。 外围地区和城市内部地区的项目有很大的区别。 根据德国《建筑法典》第 35 条，外围地区应该没有建筑物，并保留用于某些用途，如农业或可再生能源生产。 水产养殖是否构成这种意义上的农业，仍然是一个没有答案的问题：虽然法院裁定无土种植蔬菜，如水耕作可以被视为农业，但对于与天然水无关的室内设施的水产养殖来说，情况不太明确。周期。 《建筑法典》第 201 条对农业的定义仅承认渔业。 因此，大多数法院认为再循环水产养殖系统是商业企业，而不是农业企业。 然而，最近，汉堡行政法院裁定，如果大部分所需饲料可以在理论上生产在农业用地上，属于农场，无论生产的鱼类种类如何，或者是否可以将鱼类和甲壳动物生产的植物视为农业生产。饲料实际上是在农场生产。 然而，在根本不使用农业饲料的情况下，这种例外情况可能不可行。 在实践中，水产养殖业务往往是与沼气厂有关的。 由于农民在联合发电厂（即同样产生热量的植物）上获得额外的补贴，因此有一种激励措施，在沼气厂旁边安装吸热水产养殖。 其他限制可能适用于保护区。 水产养殖设施的建设被认为是问题，特别是靠近天然水体。 农业的例外情况仅适用于现有设施。 这在传统渔业领域造成了许多问题，例如梅克伦堡，在那里，许多专业渔民对经营水产养殖或水产养殖等辅助业务有兴趣和必要的技能（Paetsch，2013 年）。 鉴于水生系统不依赖自然水循环，如果有关当局评估和承认这些系统的好处，它们可以为新企业提供创造性的可能性。 然而，无论其规模大小，水生设施都不需要进行环境影响评估，这只是向地表水排放废物的养殖场的要求。 城市地区 许多支持者认为水上乐园是城市农业的一种可能性, 因为商业设施可以建在屋顶或未使用的仓库上, 以便能够直接将产品运送到城市中心的超市. 半球系统也可以位于住宅区（后院水上乐园）。 根据德国规划法，设施的许可取决于其分类和所在区域。 商业水产养殖场可以归类为商业或园艺企业。 因此，通常不允许进入住宅区。 在村庄和混合用途地区，允许商业和园艺企业。 在商业和工业领域，只有商业经营，而不是园艺企业。 由于水生设施的噪音和气味问题相对较少，因此，即使在目前根据规划法不允许这些设施的地区，也可以在例外情况下允许这些设施。 然而，获得例外会造成额外的行政负担和不确定性，从而可能阻碍技术的发展。 针对具体项目的规划允许与规划当局合作，但在实践中，由于所涉费用，只适用于大型项目。 所有区域都可允许进行后院水生植物，但用于养育小动物的辅助设施除外。 然而，辅助设施必须是非商业性的，并且由不同的地区当局作出不同的解释。 有些城市采取相当严格的做法，只允许传统形式的小动物，如狗、鸡、鸽子等。 #20.2.1.3 建筑法 建筑物的结构技术要求和获得建筑许可证的行政程序由国家一级的建筑条例管理，虽然建筑法规遵循了所谓的建筑示范法，但各州之间可能存在很大差异。 所有建筑产品必须遵守欧盟第 305/2011 号法规，该法规要求符合技术标准的符合性声明。 适用于小型废水处理厂的技术标准 EN 12566 CEN。 屋顶系统可能需要特殊的防火设施，并影响最小的间隙。 建筑物的静态稳定性不能受到影响。 虽然水上设施的一些组成部分，特别是绿色房屋或水箱，并不需要单独的建筑许可证，但商业食品生产系统的安装通常需要建筑许可证，特别是如果该建筑物以前有不同的用途。 获得这种许可证的程序可能构成严重的行政和财政障碍。 然而，一旦获得，它也可以被视为提高了外部投资者的稳定性，因为条例将被视为已达到规定。 #20.2.1.4 水法 Aquaponic 系统不一定依赖于地表水的使用。 理想的情况下，水只能通过蒸发蒸发或作为水保留在生产的蔬菜中。 因此，我们认为，这些设施不应要求根据水法或废水条例获得许可证。 与传统水产养殖或水产养殖相比，这可以提供一个重大的监管优势，因为对于传统水产养殖或水产养殖，水和废水管理越来越严格，对新企业构成重大障碍。 废水排放费的节省是推动实施此类系统的动力。
· Aquaponics Food Production Systems20.1 导言
监管框架可对可持续技术的实施产生决定性影响。 然而，欧洲联盟（欧盟）或其大多数成员国目前没有针对水生动物的具体规定或政策。 其中一个原因可能是，它位于各种较大的领域（工业水产养殖、废水回收、水培、城市水产养殖）的交叉点，在这些领域中，生产者受到各种可能不同和相互冲突的规章制约。 下一章概述了水生动物的监管框架，并就如何通过欧盟政策支持水生动物的发展提供了一些观点。 它以 Koenig 等人（2018 年）的工作为基础，他们通过新兴技术创新体系的理论框架（见 Bergek 等人，2008 年）分析了水生动物的发展途径如何受到体制条件的影响。 第一部分概述了管理水生企业发展的每一步骤的具体法规，即建筑、运营和商业化。 报告分析了这一监管框架如何激励或抑制个人企业家和市场行为者投资水产品. 第二部分分析了水产养殖器如何与欧盟不同的政策配合，以及水产学如何为实现欧盟的可持续发展目标做出贡献。 然后说明如何重新界定政策和战略，以便在这一部门提供更好的机会。 在第三部分，我们从第一部分吸取的经验教训中得出结论，以便提出政策建议。 注：第一节概述了关于德国水电项目可行性的法律准则的调查结果。 为了更好地阅读，没有提到德国条例和判例法的详细参考。 可应提交人的要求提供德文本，其中提及具体条款和相关判例法。 第二分章的部分内容已在《生态周期》中发表。 参考:霍文纳尔斯, K., 容格, R., 巴多茨, T. 和莱斯科韦茨, M. 2018. 欧盟政策：水生动物的新机遇。 生态周期 4 (1)：10 到 15。 指定数据库：生态环境规划署
· Aquaponics Food Production Systems2.8 摘要
随着人口不断增加，全世界对高质量蛋白质的需求日益增加。 与肉类来源相比，鱼类被广泛认为是一种特别健康的蛋白质来源。 在世界粮食供应方面，水产养殖现在比捕捞渔业提供更多的鱼蛋白质（FAO 2016）。 在全球范围内，人均鱼类消费量继续以 3.2% 的年平均增长率 (1961 年至 2013 年)，这是人口增长率的两倍。 在 1974 年至 2013 年期间，生物上不可持续的 “过度捕捞” 增加了 22%。 在同一时期, 被认为是 “充分开发” 渔业的渔获量减少了 26%. 因此，水产养殖是满足不断增长的市场需求的唯一可能解决方案。 它现在是增长最快的粮食部门，因此是粮食安全的一个重要组成部分 (同上) 据估计，到 2050 年，全球人口将达到 83－109 亿人（Bringezu 等人，2014 年），水产养殖和农业部门的可持续发展需要优化生产效率，同时也需要减少有限资源的利用，特别是水、土地和土地。肥料。 水产养殖的好处不仅涉及有效利用土地、水和营养资源，而且还能够更多地整合诸如沼气和太阳能等智能能源机会。 在这方面，水果树是生产高质量鱼类蛋白质和蔬菜的一种有前途的技术，可以使用大幅减少土地、减少能源和减少水，同时最大限度地减少传统粮食生产中使用的化学和肥料投入。
· Aquaponics Food Production Systems2.7 能源资源
2.7.1 预测 随着机械化在全球范围内扩展，开田密集型农业越来越多地依赖化石燃料来为农用机械供电、运输化肥和农产品，以及运营加工、包装和储存设备。 2010 年，经合组织国际能源机构预测到 2035 年全球能源消费将增长 50%；粮农组织还估计，全球能源消费的 30% 用于粮食生产及其供应链（粮农组织，2011 年）。 与化石燃料相关的温室气体排放量 (生命周期分析中约 14%) 加上肥料制造 (16%) 和来自平均土壤的一氧化二氮 (44%) (Camargo 等人, 2013 年)，所有这些都大大增加了农业对环境的影响。 21 世纪生产以作物为基础的生物燃料 (例如玉米用于乙醇) 取代化石燃料的趋势增加了清理雨林、泥炭地、稀树草原和草原用于农业生产的压力。 然而，研究指出，这种做法产生了一种 “碳债务”，因为 COSub2/Sub 的总排放量超过了它们通过取代化石燃料而减少的温室气体 (Fargione 等人，2008 年)。 在清理土地以便通过依赖矿物燃料的传统农业种植粮食作物时，也存在着类似的碳债务。 在对农业生产系统的比较分析中，发现拖网渔业和再循环水产养殖系统的排放温室气体是非拖网捕捞和非 RAS（钢笔、滚道）水产养殖的 2—2.5 倍。 在 RAS 中，这些能源需求主要涉及泵和过滤器的功能（迈克尔和 David 2017）。 同样，如果需要能源才能将热和光保持在最佳范围内，温室生产系统的温室气体排放量可比露天作物生产多出三倍 (同上)。 然而，这些温室气体数字没有考虑到非现代化系统对环境的其他影响，例如富营养化或潜在的病原体转移到野生种群。 它们也不考虑生产、运输和应用除草剂和农药所产生的温室气体，也不考虑相关牲畜生产中的甲烷和一氧化二氮，这两者的温室气体温室升温潜能值是 COSub2/Sub 的 25 和 298 倍，(卡马戈等人, 2013 年; 埃格尔斯顿等人, 2006 年). 对目前和未来与粮食生产有关的能源消耗和温室气体排放的这些清醒的估计，促使采用新的模型和方法，例如 [第 2.1 节](社区/文章/第 21 章-建筑环境中水-食物-能源关系方法)。 联合国的可持续发展目标明确指出，粮食生产易受能源价格波动影响，是粮食不安全的一个关键驱动因素。 这促使人们努力使农业食品系统成为 “智能能源”，重点是提高能源效率、增加使用可再生能源以及鼓励粮食和能源生产的一体化（粮农组织，2011 年）。 #2.7.2 水上乐器与节能
· Aquaponics Food Production Systems2.6 土地利用
2.6.1 预测 在全球范围内，陆基作物和牧场占可用土地总量的约 33%，2000 年至 2050 年期间，农业用途的扩张估计将增加 7-31% (350—1500 兆赫，取决于来源和基本假设)，最常见的是以森林和湿地为代价 (Bringezu 等人)。(2014 年)。 虽然目前仍有一些土地被划为 “良好” 或 “边缘”，可供雨水灌溉农业使用，但其中很大一部分远离市场，缺乏基础设施或有地方病、地形不适当或限制发展潜力的其他条件。 在其他情况下，剩余的土地已经得到保护、森林或开发用于其他用途 (亚历山德拉托斯和布鲁因斯马，2012 年)。 相比之下，联合国可持续发展委员会将旱地生态系统界定为干旱、半干旱和亚湿润干旱地区，这些地区通常受到荒漠化的威胁，因此不适合农业扩张，但仍有数以百万计的人生活在接近（经济 2007 年）。 这些事实表明，需要更可持续地加强粮食生产，更接近市场，最好是在基本上非生产性的土地上，这些土地可能永远不适合土壤耕作。 一些专家认为，促进农业投入效率的两个最重要因素是：(一) 粮食生产位于气候 (和土壤) 条件自然提高效率的地区；(二) 农业生产对环境的影响减少 (迈克尔和大卫 2017 年）。 必须通过加强每公顷生产并减少环境负担 (例如土壤结构退化、养分损失、有毒污染) 来增加耕作生物量的供应。 换言之，高效粮食生产的足迹必须缩小，同时最大限度地减少对环境的负面影响。 #2.6.2 水上乐园与土地利用 Aquaponic 生产系统是无土的，试图回收养殖鱼类和植物所必需的营养物质，从而利用鱼类饲料和废物中的有机物养分，尽量减少或消除对植物肥料的需求。 例如，在这种系统中，利用土地进行开采、加工、储存和运输磷酸盐或富钾肥就变得不必要，从而消除了这些肥料的固有成本和施用成本。 水产生产不仅有助于提高用水效率（[第 2.5.2 节]（/社区/文章/2-5-水资源 #252-水资源和水保护）），而且还通过减少生产所需的土地足迹来提高农业投入效率。 例如，设施可以位于不可耕地上以及离市场更近的郊区或城市地区，从而减少与农村农场和将产品运往城市市场有关的碳足迹。 由于占地面积较小，生产能力可以位于其他非生产性的地区，例如屋顶或旧厂场地，如果这些地区被认为不适合住房或零售业务，这也可以降低土地征用成本。 在水生动物中生产高质量蛋白质和蔬菜的足迹较小，也可以消除清除具有生态价值的自然和半自然区域以供传统农业使用的压力。
· Aquaponics Food Production Systems2.5 水资源
2.5.1 预测 ！ 水食品印刷 ** 图 2.1** 水足迹（L 每公斤）。 RAS 系统中的鱼使用的水在任何食品生产系统中最少 除了需要使用肥料以外，现代密集型农业做法也对水资源提出了很高的要求。 在生物化学流动中（图 2.1），现在认为缺水是限制粮食生产的最重要因素之一（Hoekstra 等人，2012 年；Porkka 等人，2016 年）。 由于气候变化，预计全球人口增加和陆地水供应量的变化需要在农业中更有效地使用水。 如前所述，到 2050 年，根据人口增长和对生活水平的不断提高的预期，全球农业总产量将需要增加 60%（亚历山德拉托斯和布鲁因斯马，2012 年），发展中国家的粮食估计增加 100%（亚历山德拉托斯和布鲁因斯马，2012 年；世卫组织 2015 年）。 世界某些地区的饥荒以及营养不良和隐性饥饿表明，粮食需求与供应之间的平衡已达到临界水平，粮食和水安全是直接相关的 (McNeill 等人, 2017 年)。 气候变化预测表明，到二十一世纪末，淡水供应量减少，农业产量也相应下降 (米斯拉，2014 年)。 农业部门目前约占全世界淡水使用量的 70%，而世界上大多数最不发达国家的淡水抽水率甚至超过 90%。 由于预计人口增长，未来 25 年内缺水情况将会增加（Connor 等人，2017 年；Esch 等人，2017 年），最新的模型预测几乎所有国家的水供应量在不久的将来都会下降（Distefano 和 Kelly 2017）。 联合国预测，追求一切照旧做法，到 2030 年，全球水资源短缺率将达到 40%（水资源 2015）。 在这方面，由于用于灌溉的地下水供应枯竭或污染，干旱地区因气候变化而遭受更多干旱和水短缺，农业生产用水将变得越来越有价值 (Ehrlich 和 Harte 2015a)。 水资源日益匮乏不仅影响人类消费的水安全，而且影响到全球粮食生产（McNeill 等人，2017 年）。 鉴于即使在目前水资源相对充足的地区也预计缺水，因此必须开发低水投入需求的农业技术，并通过更好地再利用改善废水的生态管理（粮农组织，2015a）。 《2017 年联合国世界水资源开发报告》（Connor 等人，2017 年）的重点是废水作为一种尚未开发的能源、营养物质和其他有用副产品来源，不仅影响到人类和环境健康，而且对粮食和能源安全以及气候变化缓解产生影响。 本报告呼吁采用适当和负担得起的技术，以及法律和监管框架、筹资机制和提高社会对废水处理的接受程度，以便在循环经济中实现水的再利用。 报告还指出，2016 年世界经济论坛报告将水危机列为未来 10 年最令人关切的全球风险。
· Aquaponics Food Production Systems2.4 害虫、杂草和疾病控制
2.4.1 预测 人们普遍认识到，控制疾病、害虫和杂草是遏制威胁粮食安全的生产损失的关键组成部分 (Keating 等人, 2014 年)。 事实上，在二十世纪后半叶，越来越多地使用抗生素、杀虫剂、除草剂和杀菌剂以减少损失和提高生产力，使农业产量大幅度增加。 然而，这些做法也与许多问题有关：土壤和灌溉水中的持久性有机化合物造成的污染、土壤中根细菌和菌根活性的变化、作物和牲畜的污染、抗药菌株的发展、对授粉者的有害影响和（布林格祖等人，2014 年；埃尔利希和哈特，2015a；埃施等人，2017 年；粮农组织 2015b）。 几乎每一项呼吁都提到以减少使用这些物质的方式处理虫害、杂草和疾病控制问题，为日益增长的世界人口提供粮食安全。 #2.4.2 害虫、杂草和疾病的控制 作为一个采取生物安全措施的封闭系统，水生系统在植物组成部分中需要的化学农药应用要少得多。 如果仔细处理和监测种子和移植库存，可以采取有针对性的措施，在水培单元中控制杂草、真菌和细菌/藻类污染物，而不是在土壤农业中普遍使用的除草剂和杀菌剂。 随着技术的不断进步，积压温室等发展可以进一步减少虫害问题（米尔斯和两者 2001）。 减少虫害风险的设计功能可以降低化学品、劳动力、施用时间和设备方面的成本，特别是因为工业规模的水产生物系统的土地足迹很小，而且系统紧凑且严格控制，与蔬菜和植物的开放生产面积相比，传统土壤农场的水果作物。 在水生养殖系统中使用 RAS 还可以防止养殖种群与野生种群之间的疾病传播，这是流动和开放网笔养殖中的一个迫切问题（Read 等人，2001 年；Samuel-Fitwi 等人，2012 年）。 RAS 成分通常不需要常规使用抗生素，因为它是一个封闭的系统，可用于引入疾病的载体很少。 此外，通常不鼓励使用抗菌剂和抗寄生虫药，因为这可能对微生物群有害，因为微生物群对于将有机和无机废物转化为可用化合物，用于水培单位的植物生长至关重要（Junge 等人，2017 年）。 如果确实出现疾病，从周围环境中控制鱼类和植物使得净化和根除工作更易于管理。 虽然封闭式系统显然不能完全缓解所有疾病和害虫问题（Goddek 等人，2015 年），但在独立的 RAS 和水培中已经采用的适当生物控制措施大大降低了风险。 这些问题将在随后各章中进一步详细讨论 (关于鱼类，见 [第 6 章](/社区/文章/第 6 章-水生鱼科细菌关系-新研究-方向)；关于植物，进一步详情见 [第 14 章](/社区/文章/第 14 章植物-病原和控制战略-鱼)。
· Aquaponics Food Production Systems2.3 耕地和养分
2.3.1 预测 即使需要生产更多的粮食，可用于农业耕作的土地本质上限于世界土地面积的大约 20-30%。 农业用地的供应正在减少，最需要的地方，尤其是在人口中心附近，缺乏适当的土地。 土壤退化是造成这种下降的主要原因，一般可以分为两类：位移 (风蚀和水侵蚀) 和土壤内部化学和物理退化 (营养物质和/或有机物的丧失、盐碱化、酸化、污染、压实和水涝)。 鉴于定义、严重程度、时间安排、土壤分类等多种多样，估计全世界自然和人为引起的土壤退化总量十分困难。2017 年），从而将可耕地和永久耕地的增长限制在从 20 世纪 60 年代初到 20 世纪 90 年代末的四十年中（布鲁因斯马 2003 年）。 更重要的是，与此期间的人口增长相比，人均可耕地下降了约 40% (Conforti 2011)。 “可耕地” 一词意味着有足够的营养物质来支持作物生产. 为了应对营养耗尽，全球化肥消费量从 2002 年的 90 公斤/公顷上升到 2013 年的 135 公斤（袖珍手册 2015 年）。 然而，肥料使用的增加往往导致硝酸盐和磷酸盐过量最终进入水生生态系统（Bennett 等人，2001 年），在藻类生物量衰减消耗氧气并限制水生生物多样性时，造成藻类繁殖和富营养化。 大尺度的硝酸盐和磷酸盐引起的环境变化在流域和沿海地区尤其明显. 氮、钾和磷是植物生长所必需的三大营养物质。 虽然对磷肥的需求继续呈指数级增长，但磷酸盐岩储量仍然有限，估计表明它们将在 50-100 年内耗尽 (Cordell 等人，2011 年；Steen 1998；Van Vuren 等人，2010 年)。 此外，人为氮投入预计将推动陆地生态系统实现更大的磷限制，尽管更好地了解这些过程至关重要（Deng 等人，2017 年；Goll 等人，2012 年；Zhu 等人，2016 年）。 目前，农业中没有磷的替代品，从而限制了依赖开采磷酸盐的主要肥料投入的未来农业生产力（Sverdrup 和 Ragnarsdottir，2011 年）。 “P-悖论”，换句话说，P 过量会影响水质，再加上其作为消耗不可再生资源的短缺，意味着必须大幅提高回收利用率和利用效率（Leinweber 等人，2018 年）。 现代密集型农业做法，例如耕作的频率和时间，除草剂和杀虫剂的使用，以及不经常添加含微量营养素的有机物，可能会改变土壤结构及其微生物多样性，从而使肥料的添加不再提高每公顷的生产力。 鉴于土地使用的变化导致土壤有机碳损失估计约为 8%，2010 年至 2050 年期间预计损失为该数字的 3.
· Aquaponics Food Production Systems2.2 粮食供应和需求
2.2.1 预测 在过去 50 年中，粮食供应总量几乎增加了三倍，而世界人口只增加了两倍，伴随着经济繁荣的饮食发生了重大变化 (Keating 等人, 2014 年)。 在过去的 25 年里，世界人口增长了 90%，预计 2018 年上半年将达到 76 亿关口（世界计量）。 与 2010 年相比，2050 年世界粮食需求增加的估计数字在 45% 至 71% 之间，这取决于对生物燃料和废物的假设，但显然存在需要填补的生产差距。 为了避免扭转近期营养不良下降趋势，必须减少粮食需求和/或减少粮食生产能力的损失 (Keating 等人, 2014 年)。 粮食需求上升的一个日益重要的原因是人均消费，这是因为人均收入不断增加，其特点是转向高蛋白质食品，特别是肉类 (Ehrlich 和 Harte 2015b)。 这一趋势给食品供应链带来了进一步的压力，因为动物生产系统在水消费和饲料投入方面一般需要更多的资源 (Rask 和 Rask 2011；Ridoutt 等人，2012 年；薛和 Landis 2010)。 尽管近几十年来粮食需求增长率有所下降，但如果目前人口增长和饮食变化的轨迹切合实际，全球农产品需求将在 2050 年之前每年增长 1.1-1.5%（亚历山德拉托斯和 Bruinsma，2012 年）。 城市地区的人口增长对传统上用于土壤作物的土地造成了压力：对住房和福利设施的需求继续侵蚀主要农田，使其价值远远超出了农民通过耕作所能获得的价值。 近 54% 的世界人口现在生活在城市地区（Esch 等人，2017 年），城市化趋势没有减退的迹象。 在城市中心附近能够可靠地供应新鲜食品的生产系统正在需求，并将随着城市化的增加而增加。 例如，在新加坡等城市中心，垂直耕作的兴起有力暗示，集中、高生产力的耕作系统将成为未来城市发展的一个组成部分。 技术进步使室内耕作系统越来越经济，例如，开发持久耐用且节能的 LED 园艺灯提高了室内耕作和高纬度生产的竞争力。 对农业生物多样性的分析一直表明，高收入和中等收入国家通过国家或国际贸易获得多样化的食物，但这也意味着生产和粮食多样性是脱节的，因此比低收入国家更容易受到供应线中断的影响。大多数食品都是在国家或地区生产的（Herrero 等人，2017 年）。 此外，随着农场规模的扩大，作物多样性，特别是属于高营养食品类别 (蔬菜、水果、肉类) 的作物的多样性趋于减少，倾向于谷物和豆类，这再次有可能限制当地和区域一系列不同食品类别的供应 (Herrero 等人, 2017)。
· Aquaponics Food Production Systems