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15.2 智能手机概念
为了充分发挥食品 — 水 — 能源联系在分散微电网方面的潜力，一个完全一体化的方法不仅侧重于能源 (微电网) 和食品 (水电)，而且还侧重于利用当地的水循环。 将各种水系统（如雨水收集、储存和废水处理）纳入水生一体化微电网，产生了效率、复原力和循环性的最大潜力。 从现在起，完全一体化和分散的食品-水-能源微电网的概念将被称为 Smarthood（智能社区），并在图 15.2 中描述。 在 Smarthoods 概念中实施水生动力学的好处在于它有助于优化综合营养素、能量和水流（图 15.1）。 这种集成潜力远远超出了已经提到的 ** 食品 － 水 － 能源之间的联系 ** 全球 30% 以上的能源需求用于农业 全球 70% 以上的淡水需求用于农业 ！ 图片-3 ** 图 15.1** 食品 — 水 — 能源之间的关系显示了能源、水和食品生产之间的相互作用（根据 2015 年国际可再生能源机构） img src = “媒体/图像-20201002190013698.png” ALT = “智能模型中的解耦水电系统” 样式 = “缩放：67%;”/ ** 图 15.2** 按照 Smarthoods 概念设计的分散式地方环境中的解耦水生系统（如 [第 8 章]（/社区/文章/第 8 章-解耦-水壶系统）的集成。 绿色箭头显示水生系统在多大程度上可以与整个系统相互作用。 红色箭头表示热流，蓝色箭头水流动和黄色箭头功率流动 能源和食品系统之间的交叉。 例如，发生的可生物降解废物流可在厌氧反应堆 (例如 UASB) 中进行处理，并产生沼气和生物肥料 (Goddek 等人, 2018 年)。 即使是脱矿废物污泥也可以用作传统耕地上的液体粪便。
· Aquaponics Food Production Systems15.1 导言
由于利用风能和屋顶太阳辐射的分散式能源发电技术的兴起，转向完全可持续的能源系统，部分需要从集中式发电和配电系统转向分散式系统。 此外，将供热和运输部门纳入电力系统将导致高峰需求量大幅度增加。 这些发展需要对能源基础设施进行大规模和昂贵的改造，而现有生产资产的利用率预计到 2035 年将从 55% 降至 35%（Strbac 等人，2015 年）。 这提出了一个重大挑战，但也是一个机会：如果能够在 microgrids 中本地平衡能源流动，那么对昂贵的基础设施升级的需求就可以最大限度地降低，同时为主电网提供额外的稳定性。 出于这些原因，“微电网已被确定为智能电网的一个关键组成部分，用于提高电力可靠性和质量，提高系统能源效率”（Strbac 等人，2015 年）。 微电网可以提供急需的弹性和灵活性，因此很可能在未来的能源系统中发挥重要作用。 据估计，到 2050 年，一半以上的欧盟家庭将自行发电（Pujianto 等人，2007 年）。 因此，需要释放微电网内的灵活资源，以平衡间歇性的可再生能源发电。 城市农业系统，如水生动物（DOS Santos 2016），可以提供这种急需的能源灵活性（戈德克和科尔纳 2019；Yogev 等人，2016 年）。 植物可以在广泛的外部条件下生长，因为它们在自然界中习惯这样做。 这同样适用于水产养殖系统中的鱼类，它可以在广泛的温度范围内茁壮成长。 这些灵活的工作条件允许对能源输入要求产生缓冲效应，从而在系统内创造了很大程度的灵活性。 水产养殖系统所体现的高热量允许在系统内储存大量热量。 灯可以根据电力的充足情况开启和关闭，从而通过将其转化为宝贵的生物质，基本上限制了过剩的发电。 泵可与发电峰值时间（例如中午）同步运行，以限制净峰值功率（峰值剃须）。 最佳蒸馏装置（[第 8 章]（/社区/物品/第 8 章解耦-水壶系统））也具有非常灵活的热需求，一旦热量或电力供应过剩，即可关闭（即热泵将电能转换为热能）。 所有这些方面都使得水生系统非常适合为微电网提供灵活性。 除了提供消费灵活性之外，还可以进一步集成多环水生产系统，以提供生产灵活性。 沼气是由 UASB 在水生设施中生产的副产品。 这种沼气可以通过在微电网中加入微型热电联产生燃烧，以便产生热量和电力。 因此，在微电网中集成水生子系统可以提高供求两方面的能源灵活性。
· Aquaponics Food Production Systems14.5 结论和今后的考虑
本章旨在首次报告水生物中发生的植物病原体，回顾控制这些病原体的实际方法和未来的可能性。 每种策略都有优点和缺点，必须根据每种情况进行彻底的设计。 然而，目前联合水生系统中的治疗方法仍然有限，必须找到新的控制视角。 幸运的是，可以考虑在水培学中已经观察到的水培系统（例如植物培养基、水和慢过滤器）的抑制性。 此外，与使用有机肥料、有机植物介质或有机添加物的无土培养系统相比，系统中存在有机物是一个令人鼓舞的因素。 今后，似乎必须调查这种抑制行动，然后查明负责任的微生物或微生物联合集团并确定其特性。 根据这些结果，可以设想若干战略来提高植物抗病原体的能力。 第一个是通过养护进行生物控制，这意味着通过操纵和管理水的成分 (例如 C/N 比率、营养物质和气体) 和参数 (例如 pH 值和温度)，有利于有益的微生物。 但是，首先需要确定这些影响因素。 这种自营养和异养细菌的管理对于维持良好的硝化和保持鱼类健康也至关重要。 第二个战略是增强生物控制，通过增加释放已存在于系统中的大量有益微生物（防止方法）或少量但及时重复（接种方法）。 但是，应该实现水生 BCA 的事先鉴定和乘法。 第三种策略是输入，即引入一种通常不存在于系统中的新微生物。 在这种情况下，需要选择适应和安全的微生物，以适应水生环境。 对于最后两种策略，必须根据所需的目标考虑系统中的接种位置。 可以增强微生物活性的场所包括再循环水、根际 (包括植物培养基)、生物过滤器 (例如在已经测试过 BCA 添加的慢砂过滤器中) 和树叶层 (即空中植物部分)。 无论采取何种战略，最终目标都应该是领导微生物群落提供一个稳定、生态平衡的微生物环境，使植物和鱼类都能得到良好的生产。 总之，遵循综合植物害虫管理（IPM）的要求是正确管理系统并避免植物疾病的发展和蔓延的必要条件（Bittsanszky 等人，2015 年；Nemethy 等人，2016 年）。 IPM 的原则是在达到经济损害水平时，作为最后手段使用化学杀虫剂或其他制剂。 因此，病原体的控制必须首先基于物理和生物方法 (上文所述)、这些方法的结合以及疾病的有效检测和监测 (欧洲议会，2009 年)。
· Aquaponics Food Production Systems14.4 有机物在水生系统生物控制活动中的作用
在 [第 14.2.3 节](/社区/物品 /14-2-微生物-水生生物 #1423-有益-微生物-水生生物-微生物–可能性) 中, 提出了水生子系统的抑制性. 如前所述，主要假设与水培系统相关。 然而，第二个假设存在，这与系统中存在有机物有关。 有机物可以推动更加平衡的微生物生态系统，包括不太适合植物病原体的拮抗剂（Rakocy 2012）。 在水生物中，有机物来自供水、未食用的饲料、鱼粪、有机植物基质、微生物活性、根系渗出物和植物残留物（Waechter-Kristensen 等人，1997 年；Naylor 等人，1999 年；Waechter-克里斯滕森等人，1999 年）。 在这种系统中，异养细菌是能够将有机物作为碳和能量来源的生物体，通常以碳水化合物、氨基酸、肽或脂类的形式（Sharrer 等人，2005 年；Willey 等人，2008 年；Wipps，2001 年）。 在再循环水产养殖（RAS）中，它们主要放在生物过滤器中，并消耗被困在其中的有机颗粒（Leonard 等人，2000 年；Leonard 等人，2002 年）。 然而，异养细菌的另一个有机碳来源是腐殖物质，作为溶解的有机物，造成水的黄褐色色变色（Leonard 等人引述的武田和清野 1990 年，2002 年；平山等人，1988 年）。 在土壤和水耕中，腐殖酸可以刺激植物生长，并在非生物胁迫条件下维持植物（Bohme 1999；du Jardin 2015）。 水中的蛋白质可被植物用作替代氮源，从而提高其生长和抗病原体性（Adamczyk 等人，2010 年）。 在再循环水中，自由生存的异养细菌的丰富性与生物可用性有机碳和碳氮比例（C/N）相关（Leonard 等人，2000 年；Leonard 等人，2002 年；Michaud 等人，2006 年；Attramadal 等人，2012 年）。 在生物过滤器中，C/N 比率的增加增加了异养细菌的丰度，而牺牲了负责硝化过程的自营养细菌的数量（Michaud 等人，2006 年；Michaud 等人，2014 年）。 正如所暗示的那样，异养微生物可能对系统产生负面影响，因为它们与自营细菌（例如硝化细菌）竞争空间和氧气。 其中一些是植物或鱼类病原体，或造成鱼类中的异味（1970 年昌浩；丰克-詹森和霍肯赫尔 1983 年；琼斯等人，1991 年；伦纳德等人。2002 年；诺盖拉等人，2002 年；米绍等人，2006 年；穆克基，菲普斯，2001 年；兰格瓦和弗德海姆德海姆德海姆德海姆德海姆德海姆德，2015 年）。 然而，参与该系统的异养微生物也可能是阳性的（Wipps 2001；Mukerji 2006）。 在水培中使用有机肥料或有机无土培养基进行的一些研究表明，居住的微生物群能够控制植物疾病的有趣效果（Montagne 等人，2015 年）。 所有有机基材都有自己的物理化学特性。 因此，培养基的特征将影响微生物的丰富性和功能。 因此，选择特定的植物培养基可能会影响微生物的发育，从而对病原体产生抑制作用（蒙塔涅等人，2015 年；Grunert 等人，2016 年；蒙塔涅等人，2017 年）。 与有机碳有关的病原体抑制的另一种可能性是在水培中使用有机添加物（Maher 等人，2008 年；Vallance 等人，2010 年）。 通过在土壤中常用的无土介质中添加堆肥，预计会产生抑制效果（Maher 等人，2008 年）。 另一种可能性是，如 Pagliaccia 等人（2007 年）和 Pagliaccia 等人（2008 年）所报告的，通过添加一些配方的碳来源（例如硝吡啶基产品）来增强或维持某种特定的微生物，例如假单胞菌 _ 种群。 有机无土培养物的出现也突出表明有益微生物对植物病原体的参与，这些病原体得到使用有机肥料的支持。 藤原等人（2013 年）、钦塔等人（2014 年）和钦塔等人（2015 年）报告说，用玉米陡液进行施肥有助于控制牛孢菌株。 生菜上的奶粉和白葡萄糖中的白葡萄酒和生菜上的 在番茄植物上的自由基-溶液杀菌剂。 即使几乎不建议用于水生生物，1 克/升的鱼基可溶性肥料（筱原等人，2011 年）抑制了由水培中产生的番茄细菌枯萎（Fujiwara 等人，2012 年）。
· Aquaponics Food Production Systems14.3 保护植物免受水生物中病原体的影响
目前，操作耦合系统的水生从业者在植物疾病发生时相对无助，尤其是在根源病原体的情况下。 没有专门开发出用于水生物的农药或生物杀虫剂（拉科奇 2007 年；拉科奇 2012 年；萨默维尔等人，2014 年；比特桑什基等人，2015 年；西拉科夫等人，2016 年）。 简言之，仍然缺乏治疗方法。 只有 Somerville 等人（2014 年）列出了可用于对抗水生物中真菌的无机化合物。 无论如何，必须对引起疾病的病原体进行适当诊断，以确定治疗措施的目标。 这种诊断需要在观察能力、植物病原体周期的了解和情况分析方面具有良好的专业知识。 然而，在通用（非特定）症状的情况下，并取决于所需的准确性程度，通常需要使用实验室技术来验证有关因果因素的假设（Lepoivre 2003）。 Postma 等人（2008 年）回顾了在水培中检测植物病原体的不同方法，并确定了四组： 直接宏观和微观观察病原体 病原体的分离 血清学方法的使用 分子方法的使用 #14.3.1 非生物保护方法 控制植物病原体的良好农业做法是旨在限制农作物疾病的各种行动（粮农组织，2008 年）。 可转用于水生动物的 GAP 基本上是非治疗性物理或种植做法，可以分为预防措施和水处理。 ** 预防措施 ** 预防措施有两个截然不同的目的。 第一个方法是避免病原体接种进入系统，第二个方法是限制 (一) 植物感染，(二) 发育和 (三) 病原体在生长期的传播。 旨在避免初次接种进入温室的预防措施包括：休假期、特定的卫生房间、室内卫生设施 (例如清除植物碎片和表面消毒)、特定衣服、认证种子、植物发芽和物理障碍（防止昆虫媒介）（斯坦格利尼和拉斯穆森 1994 年；贾维斯 1992 年；阿尔巴杰斯等人。2002 年；萨默维尔等人，2014 年；帕尔瓦塔·雷迪 2016）。 第二类预防措施使用的最重要做法包括：使用耐药性植物品种、工具消毒、避免植物非生物应力、良好的植物间隔、避免藻类发育和环境条件管理。 最后一项措施，即环境条件管理，是指控制所有温室参数，以便通过干预疾病的生物循环来避免或限制疾病 (同上)。 一般来说，在大型温室结构中，计算机软件和算法用于计算最佳参数，从而实现植物生产和疾病控制。 测量的参数除其他外包括温度 (空气和营养液)、湿度、蒸汽压力缺陷、风速、露水概率、叶片湿度和通风 (同上)。 从业人员通过操纵加热、通风、遮光、灯光补充、冷却和雾气这些参数（同上）。 ** 水处理 ** 可利用物理水处理来控制潜在的水病原体。 过滤（孔径小于 10 微米）、热和紫外线处理是消除病原体而不会对鱼类和植物健康产生有害影响的最有效的方法之一（Ehret 等人，2001 年；Hong 和 Moorman 2005；Postma 等人，2008 年；范奥斯 2009 年；蒂蒙斯和埃贝林 2010 年）。 这些技术可以通过减少灌溉系统的疫苗、病原体的数量及其增殖阶段来控制疾病的爆发 (同上)。 物理消毒将水病原体降低到一定水平，具体取决于治疗的侵略性。 一般来说，热和紫外线消毒的目标是将初始微生物数量减少 90—99.
· Aquaponics Food Production Systems14.2 水生物中的微生物
微生物存在于整个水生系统中，并在该系统中发挥关键作用。 因此，它们被发现在鱼，过滤（机械和生物）和作物部分。 通常，微生物群（即某一特定环境的微生物）的特征是在循环水、周期植物、植物（根际、树叶层和果实表面）、生物过滤器、鱼饲料、鱼肠和鱼粪上进行的。 到目前为止，在水生物学方面，大多数微生物研究都侧重于硝化细菌（Schmautz 等人，2017 年）。 因此，目前的趋势是利用现代测序技术确定系统所有隔层中的微生物的特征。 Schmautz 等人（2017 年）确定了该系统不同部分的微生物组成，而 Munguia-Fragozo 等人（2015 年）则提供了如何利用尖端技术从分类学和功能角度对水生菌群进行表征的观点。 在以下小节中，重点将仅放在与水生系统中植物相互作用的微生物作用的微生物上，成为植物有益的微生物和植物病原微生物。 #14.2.1 植物病原体 在水生系统中发生的植物病原体理论上是无土系统中常见的病原体。 水栽培和水培植物培养的一个特殊性是水在系统中的持续存在。 这种雪茄/水生环境适合几乎所有植物致病真菌或细菌。 对于根源病原体而言，一些特别适应这些疾病，如属于母细菌分类群的伪真菌（例如，由 phithium_ spp. 和 Phytophthora spp. 引起的根腐病），它们能够产生一种称为动物孢子的运动形式。 这些动物孢子能够在液体水中积极移动，因此能够极快地扩散到整个系统。 一旦植物被感染，该疾病就会迅速蔓延到系统，特别是因为水的再循环（贾维斯 1992 年；洪和穆尔曼 2005 年；萨顿等人，2006 年；波斯特马等人，2008 年；瓦伦斯等人，2010 年；拉科奇 2012 年；罗斯伯格 2014 年；萨默维尔等人，2014 年）。 虽然燕麦是根病期间检测到的最常见的病原体之一，但它们往往与其他病原体形成复合物。 一些镰刀菌物种（存在着很适合水生环境的物种）或属的物种 — — 根茎 — — 和 — 泰拉维病 — — 可作为这些复合物的一部分，也可能自身造成重大损害（Paulitz 和 Bélanger 2001；Hong 和 Moorman，2005 年；Postma等人，2008 年；瓦伦斯等人，2010 年）。 其他真菌属，如黄霉菌和地霉菌，但也有细菌，如 Lalstonia，___xhanomonas _，_菌 _ 和 _ 假单胞菌 ，以及病毒（如番茄马赛克、黄瓜拼接、甜瓜坏死斑病毒、生菜病毒和烟草病毒）在水培中检测或灌溉用水, 造成船只, 茎, 叶或果实损害 (贾维斯, 1992 年; 洪和穆尔曼, 2005 年).
· Aquaponics Food Production Systems14.1 导言
如今，水生系统是众多研究工作的核心，旨在更好地了解这些系统，并应对粮食生产可持续性方面的新挑战（Goddek 等人，2015 年；Villarroel 等人，2016 年）。 标题中提及 “水生” 或衍生术语的出版物的累计数量由 2008 年初的 12 份增至 2018 年的 215 份（2018 年 1 月斯科普斯数据库研究结果）。 尽管论文数量越来越多，研究主题涉及大量领域，但仍然缺少一个关键点，即植物害虫管理（Stouvenakers 等人，2017 年）。 根据对欧盟 Aquaponic 中心成员的调查，只有 40% 的从业人员对害虫和植物害虫控制有一些观念（Villarroel 等人，2016 年）。 在水生动物中，这些疾病可能类似于温室结构下的水培系统中发现的疾病。 就传播而言，最有问题的病原体之一是亲水性真菌或真菌样的原体，这些原体对根部或领部疾病负有责任。 为了考虑水生学中植物病原体的控制，首先，区分耦合系统和分离系统是非常重要的。 分离系统允许鱼类和作物隔间的水分断 (见 [第 8 章](/社区/物品/第 8 章-解耦-水壶-系统)). 这种分离可以优化和更好地控制每个隔间的不同参数（例如温度、矿物或有机成分和 pH 值）（Goddek 等人，2016 年；Monsee 等人，2017 年）。 此外，如果作物单位的水不回到鱼部分，则可以允许在这里使用植物检疫处理（例如农药、生物杀虫剂和化学消毒剂）。 耦合系统建于一个循环中，水回流在系统的所有部分（见第 [5] 章（/社区/文章/第二部分-特定-水壶-技术）和 [7]（/社区/文章/第 7 章耦合-水壶-系统））。 然而，在耦合系统中，由于鱼类和有益微生物的存在，将鱼类污泥转化为植物养分，植物害虫控制更加困难。 它们的存在限制或排除了现有消毒剂和化学处理的应用。 此外，还没有专门研制用于水生动物的农药或生物杀虫剂（拉科奇等人，2006 年；拉科奇 2012 年；萨默维尔等人，2014 年；比特桑什基等人，2015 年；内梅西等人，2016 年；西拉科夫等人；2016 年）。 因此，控制措施主要以非治疗性物理做法为基础（见 [第 14.3.1 节]（/社区/物品/14-3-保护植物-水喉科病原体 #1431-非生物保护方法））（Nemethy 等人，2016 年；Stouvenakers 等人，2017 年）。
· Aquaponics Food Production Systems13.4 生理节律：匹配鱼类和植物营养
鱼类饲料的设计在水生物中至关重要，因为鱼饲料是动物（大量营养素）和植物（矿物）的单一或至少主要营养物质输入（图 13.3）。 通过鱼饲料中的蛋白质将氮引入水生子系统，鱼类代谢并以氨的形式排泄。 将循环水产养殖与水培相结合，可以减少不必要的养分排放到环境中，并产生利润。 在早期的一项经济研究中，在综合鳟鱼和生菜/罗勒水生鱼系统中去磷可以节省成本（Adler 等人，2000 年）。 综合鱼饲料率对于满足植物的营养需求也至关重要。 实际上，农民需要知道水产养殖单位使用的饲料量，以计算需要补充多少养分，以促进水培单位的植物生长。 例如，在罗非鱼-草莓水生系统中，在不同的鱼密度下计算了植物产生离子所需的饲料总量（例如 NOSuB3/Sub、/SUP、HSub2/SUP、SUP 和 KSUP），小鱼密度为 2 公斤/SUP，结果更好，以降低补充水培溶液的成本（比利亚罗埃尔等人，2011 年）。 ！ 图片-3 ** 图 13.3** 水生系统中的营养物流。 请注意，鱼饲料通过水产养殖系统的废水提供了植物在水培系统中生长所需的矿物质。 膳食时机应设计为鱼类的喂食/排泄节奏和植物的营养摄取节奏相匹配 众所周知，植物具有日常节奏和生理节奏的叶子运动是第一次描述的植物由德梅兰在十八世纪初 (McClung 2006). 植物中的昼夜节奏控制着从开花到植物营养的一切，因此需要考虑到这些节奏，特别是在使用人工园艺照明时。 在大多数生理功能中，鱼类也与日常节奏相关，包括喂养和营养摄取。 不足为奇的是，鱼类表现出喂食节奏，因为食物供应和食肉动物的发生几乎不稳定，但仅限于白天/夜间的特定时间（洛佩斯-奥尔梅达和桑切斯-巴斯克斯，2010 年）。 因此，鱼类应根据食欲节奏在正确的时间进食：日常鱼类种，晚上则为夜间的鱼。 众所周知，鱼类表现出蛋白质和氮废物的脱氨模式，与其营养状况和喂养节奏有关（Kaushik 1980 年）。 喂食时间会影响氮排泄，因为 Gelineau 等人（1998 年）报告说，在黎明时喂养的鱼类（与喂养节奏相同）中氨的产量和蛋白分解代谢率低于午夜（脱期）喂养的鱼类。 最有趣的是，尿素排泄显示出生理节律，在常规条件下仍然存在于饥饿的鱼类中（Kajimura 等人，2002 年），揭示了其内源性。 此外，尿素渗透率（确定为浸入尿素溶液后体内尿素含量）与异相相重合，即每日排泄节律的峰值，表明尿素不会通过简单的扩散渗透细胞，但存在生物对照。 植物还表现出每天的氮摄取节奏，正如 Pearson 和 Steer（1977 年）早期描述的那样，他们发现在不断保存的环境中的辣椒中每天都有硝酸盐摄取和硝酸盐还原酶的模式。 随着当时根部摄取硝酸盐的速率增加，菠菜叶片中的硝酸盐浓度也在夜间增加（Steingrover 等人，1986 年）。 因此，在水生学中，证据表明需要匹配鱼类的排泄节奏和植物的营养吸收节奏。 为了优化水生鱼系统的性能和成本效益，应仔细设计鱼类饮食和喂养时间表，以便在适当的时间和适当的时间提供养分，补充鱼类和植物。
· Aquaponics Food Production Systems13.3 饲料成分和添加剂
#13.3.1 水产饲料的蛋白质和脂质来源 自二十世纪末以来，水产饲料的构成发生了重大变化，但制造业也发生了进步。 这些转变源于需要提高水产养殖的经济利润以及减轻其对环境的影响。 然而，这些变化背后的驱动力是需要减少饲料中的鱼粉和鱼油的数量，这些饲料在传统上是饲料中所占比例最大的，特别是食肉鱼和虾。 部分原因是过度捕捞，特别是由于全球水产养殖量不断增加，越来越需要替代蛋白质和油来取代水产饲料中的 FM 和 FO。 ！ 图片-3 ** 图 13.2** 1990 年至 2013 年期间芬兰虹鳟鱼饲料使用的鱼类比（蓝线，左 y 轴）和鱼油量（黄线，右 y 轴）。 (数据来自 www.raisiogrocom) 鱼类饲料的组成发生了很大变化，因为饲料中的 FM 比例从 1990 年代的\ > 60% 下降到现代食肉鱼类如大西洋鲑鱼（Salmo salar）的 20%，FO 含量从 24% 下降到 10%（Ytrestøyl 等人，2015 年）。 因此，鲑鱼和虹鳟鱼的所谓进鱼比率降低到 1 以下，这意味着饲料中生产 1 公斤鱼肉所需的鱼的数量不到 1 公斤（图 13.2）。 因此，二十一世纪的食肉鱼类养殖是鱼类的净生产者。 另一方面，低营养杂食鱼类 (如鲤鱼和罗非鱼) 的饲料可能含有低于 5% 的 FM (Tacon 等人，2011 年)。 养殖这种低营养鱼种在生态上比较高营养品种更具可持续性，而罗非鱼的 FIFO 在 2015 年为 0.15，而塞浦路斯（鲤鱼种）仅 0.02（IFFO）。 应该指出的是，如果不显著影响生产参数，就不可能在 Ripa（Koch 等人，2016 年）和鲑鱼（Davidson 等人，2018 年）的饮食中进行全面调频替代。
· Aquaponics Food Production Systems13.2 鱼类营养的可持续发展
水产养殖中鱼类营养的可持续发展需要应对水产养殖所带来的挑战，因为生产高质量食品的需求日益增长。 操纵水生鱼类饮食中使用的氮、磷和矿物含量是影响养分积累速度的一种方法，从而减少人工和外部补充营养物质的需要。 根据 Rakocy 等人（2004 年），如果保持每日鱼类饲料投入和植物生长面积之间的最佳比例，鱼类和饲料废物提供了植物所需的大部分养分。 水生系统中被称为 “污泥” 的固体鱼类废物会导致大约一半的可用输入养分，尤其是磷，这些养分理论上可用于植物生物量生产，但信息仍然有限（Deleide 等人，2017 年；Goddek 等人，2018 年）。 虽然今后将通过使用量身定制的饮食来实现水产养殖中鱼类营养的可持续性目标，但水产养殖中的鱼饲料需要满足鱼类和植物的营养需求。 可持续性的提高部分原因是对鱼粉 (FM) 和鱼油 (FO) 以及新颖的高能量低碳足迹原料的依赖程度减少。 为了保护生物多样性和可持续利用自然资源，需要限制在水产饲料中使用野生渔业 FM 和 FO（Tacon 和 Metian 2015）。 然而，当用替代成分取代膳食 FM 时，鱼的性能、健康和最终产品质量可能会有所改变。 因此，鱼类营养研究的重点是有效利用和转化膳食成分，以提供必要的必要营养物质，从而最大限度地提高生长绩效，实现可持续和有弹性的水产养殖。 取代 FM 是鱼类饮食中一种优秀但昂贵的蛋白质来源，但由于其独特的氨基酸特征、高营养素消化率、高适口性、充足的微量营养素以及普遍缺乏抗营养因素，因此取代 FM 并不简单（Gatlin 等人，2007 年）。 许多研究表明，在水产饲料中可以成功地取代 FM，但大豆粉具有抗营养因素，如胰蛋白酶抑制剂、大豆凝集素、皂苷等，限制了食肉鱼的使用和高替代率。 通过鱼类饮食中的植物膳食取代高 FM 也可降低鱼类的养分生物利用度，从而导致产品最终质量的营养物质发生变化（Gatlin 等人，2007 年）。 它还可能对水生环境造成不良干扰（Hardy 2010），并由于必需氨基酸（特别是蛋氨酸和赖氨酸）水平降低和适口性降低而减少鱼类生长（Krogdahl 等人，2010 年）。 Gerile 和 Pirhonen（2017 年）指出，以玉米面筋粉取代 100％ 的 FM 替代品显著降低了虹鳟鱼的生长率，但 FM 替代品并没有影响氧气消耗或游泳能力。 高含量的植物材料也会影响颗粒的物理质量，并可能使挤出过程复杂化。 大多数来自植物的替代养分来源的鱼饲料含有各种各样的抗营养因素，通过损害消化和利用而干扰鱼蛋白代谢，从而导致环境中的氮释放增加，从而影响鱼类健康和福祉。 此外，饮食包括高水平的植酸改变磷和蛋白质消化，导致高氮和 P 释放到周围环境中。 饲料的摄入量和适口性、养分消化率和保留率可能会因鱼种的耐受性和水平而有所不同，并可能会改变鱼类废物的数量和成分。 考虑到这些结果，鱼类饮食配方应调查不同饲料成分和水生鱼类中使用的每种鱼类的抗营养因素（即植物酸）的 “耐受性” 膳食水平，以及添加矿物如锌和磷酸盐的饮食。 还应当指出，即使植物材料被视为取代水产饲料中 FM 的无害生态选择，植物也需要灌溉，因此可能会从田间的养分径流引起水和生态足迹等形式的生态影响（Pahlow 等人，2015 年）。
· Aquaponics Food Production Systems