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行业领袖在迪拜谈科技和食品创新

AgTech的精英将聚集在Step Conference FoodX峰会上，讨论改变我们生产和消费食物方式的最新趋势和颠覆性技术。 FarmHub首席执行官兼联合创始人乔纳森·雷耶斯将就该地区受控环境农业令人兴奋且尚未开发的潜力发表演讲。获取门票，了解水产养殖行业如何发展以满足世界上最紧迫的需求。 今天 加入！

· Jonathan Reyes

乔纳森·雷耶斯谈中东和北非地区的 Aquaponics 和 AgTech

我们的首席执行官乔纳森·雷耶斯正在举办由 美国驻巴格达大使馆 和 IREX 赞助的关于全球可持续食品系统背景下的农业科技和Aquaponics的免费网络研讨会。它将同时翻译成阿拉伯语和库尔德语。

· Jonathan Reyes

大局

世界人口估计为 77 亿，预计到 2050 年将达到 100 亿。 为了养活这一不断扩大的全球人口，粮食生产必须增加 30-50%。 这一增长将要求用于种植作物的土地扩大近 15 亿英亩，这相当于美国大陆面积的 3/4。 2020 年，农业利用了近 50% 的世界植被土地。 大气层二氧化碳 ~2~ 水平持续上升，导致全球变暖加剧，森林地大规模转变为粮食生产所必需的作物土地，将进一步加剧。 此外，目前的农业生产占人类用水总量的 90%。 这种资源的增长和消费是不可持续的。 需要提高粮食生产的其他途径；我们根本不能仅仅做更多的工作。 世界资源研究所 (资源研究所) 最近发表了一份题为 “创造可持续粮食未来” 的报告 (Searchinger et al, 2014 年)。 作者提出了五个 “课程” 或方法来生产更多的食物，而不会增加环境影响。 Aquaponics 是一个解决这些举措的概念。 反战者国际的课程之一是在不扩大农田的情况下增加粮食生产。 为了实现这一目标，他们指出，“提高自然资源利用效率是实现粮食生产和环境目标的最重要一步。” 与大多数建议不同，它们提议提高生产密集度，以此作为实现可持续性的途径。 Aquaponics 是现有更高效、更密集的食品生产系统之一。 它在单位面积的食物生产量、水单位以及加入系统的营养单位方面都很有效，特别是在热带或亚热带气候中，取暖成本最小化。 报告中提出的另一个解决办法是增加鱼类供应。 有迹象表明，预计到 2050 年鱼类消费量将增加 58%（搜查者等人，2014 年）。 然而，反战者国际研究所的研究假定，捕捞渔业的产量在同一时期实际上将减少 10%。 为了满足消费需求，水产养殖需要至少增加一倍。 然而，通过建造 5 000 万英亩的新生产池塘，这将增加土地使用问题。 作者认为，水产养殖也必须提高土地效率，水循环技术可以帮助加强生产，减少土地使用，并提供更好的污染控制。 Aquaponic 生产是资源再利用和提高效率的一个有希望的模式；这与其他再生农业技术一起，可以对许多这些紧迫问题产生局部影响，并成为未来技术和发展的典范。 资料来源：珍妮尔·海格，利·安·布赖特，乔什·杜西，詹姆斯·蒂德威尔，2021 年。 肯塔基州立大学 水果生产手册：种植者实用手册。 *

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9.4 室内生产

！ [图片-2] (https://cdn.farmhub.ag/thumbnails/6b45b30b-adba-47e4-b5cd-6e33fed4e0df.jpg) 将生产转移到隔热建筑中适合那些希望靠近城市市场、缺乏可耕地或生活在不适合户外或温室生产的气候中的生产者。 无论植物在哪里种植，它仍然需要最佳条件才能达到最大产量潜力。 除了上述控制措施外，生产者还必须提供适合最佳植物生长的光。 对于植物而言，光能刺激种子萌发、食品生产、开花、叶绿素制造以及枝叶增稠。 光合作用是通过接收光的类型和频率来刺激。 光是作为光子波或能量束发射的。 每个光子中的能量量决定波从波峰到波峰的长度。 较低的能量波长发出蓝光 (400 nm)，较高的能量波长发出红光 (700 nm)。 植物利用 400-700 纳米之间的波长。 在工厂生命周期的不同时期，蓝光和红光需要不同的比率。 蓝光是主要负责营养生长。 红灯触发细胞伸长、植物生长和开花。 传统的植物生长灯是荧光 (FL) 或高强度放电 (HID) 灯具。 紧凑型 T5、T8 和 T12 FL 灯泡主要用于种子繁殖或营养生长。 HID 固定装置通常用于同时容纳金属卤化物（MH）和高压钠（HPS）灯泡。 MH 灯泡产生的光是 400-550 范围，适合营养生长。 HPS 灯泡产生的光线提供黄色、橙色和红色光谱，更适合开花和结果阶段。 FL 和 HPS 灯泡的使用寿命为 20,000+ 小时，并产生相当大的热量。 植物种植灯的进步通过提高能源效率和提高工厂产量，使室内生产更具成本效益。 感应灯具 (IND) 类似于 FL 灯泡，但已变得更受欢迎，因为它们没有电极，使其寿命更长（75,000+ 小时）。 它们还推迟了更少的热量和更高的能源效率。 发光二极管 (LED) 灯对于许多种植者来说过于昂贵；但是，现在它们被认为是植物种植灯的标准。 LED 灯的工作方式是通过两个半导体（一个正导体，一个负导体）传递电流，然后发出光。 该频谱可以调用到植物在不同阶段所需的内容，从而提高作物的质量和产量。 除了提高能源效率外，LED 灯的使用寿命超过 10 万小时。 肯塔基州立大学进行的研究比较了六种绿叶绿色的增长和 FL、MH、IND 和 LED 生长灯的能源使用情况。 与其他三个灯相比，LED 灯产生的植物生物量（g/m2）显著高于其他三个灯（图 28：KSU 未公布，Oliver et al.

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9.3 加热和冷却选项

！ [图片-图片-https://cdn.farmhub.ag/thumbnails/cb8d2190-4f81-4c9b-bcb8-0b32dd9b4872.jpg _ 加热：_ 对于小型或背纱尺寸的生产商，实施被动式加热系统可以帮助降低寒冷月份的加热成本。 在这种类型的系统中，阳光进入南壁。 北墙有反光材料来捕捉和储存热量。 充满水的黑色桶在白天吸收阳光下的热量，并在夜间慢慢释放热量。 热窗帘可悬挂在南墙上，以便在夜间捕捉热量（图 26）。 虽然这种做法有助于降低供暖成本，但对于大型生产商来说并不实际，因为它占用了设施中宝贵的生产空间，无法保持一致和可靠的温度。 拥有全年持续生产的大型生产商需要保持温度，而不受太阳所带来的影响。 由天然气、丙烷或电力驱动的强制空气加热器在美国最常用。这些加热器通过恒温器控制空气温度。 辐射式加热器（如木材或天然气肉鸡）通过位于整个结构的管道泵送热水来控制温度。 肉鸡很受欢迎，因为与石油或天然气相比，木材是一种廉价的燃料来源。 ！ [图片-图片-https://cdn.farmhub.ag/thumbnails/117ded06-9513-47d6-8a5c-ddb3ebdc4d6b.jpg _ 冷却：_ 手动和自动通风的结合是降温温室的最具成本效益的方式。 通风选项包括卷起侧、天花板通风口和温室长端的通风口。 强制空气通风扇使用温控制的通风口在另一端将空气吸入温室长度。 蒸发式冷却器是一种相对便宜的方式，可在炎热、干燥的气候下为结构提供冷却。 蒸发冷却器的工作方式是通过湿壁拉入外部空气，在空气进入时冷却。 湿墙是一个包含瓦楞纸板或合成材料的框架，这些材料由水滴落在其表面上而饱和（图 27）。 多余的水被收集在一个水库，并抽回纸板。 蒸发式冷却墙在高温和高湿度的气候中效率不高。 资料来源：珍妮尔·海格，利·安·布赖特，乔什·杜西，詹姆斯·蒂德威尔，2021 年。 肯塔基州立大学 水果生产手册：种植者实用手册。 *

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9.2 温室覆盖方案

温室覆盖物有多种材料，包括玻璃、硬质塑料（玻璃纤维、聚碳酸酯或丙烯酸）和塑料薄膜。 适当的选择取决于您的气候区域和预算。 气候较寒冷的区域将需要覆盖物提供更高的绝缘性和低传热性能，分别通过 R-值和 U 值测量。 R 值测量材料的绝缘程度。 R 值越高，材料提供的绝缘性就越多。 U 值可量化热传递，并描述丢失或获得的热量。 U 值较低的材料将更高的能源效率。 在美国，用于覆盖温室的塑料中，大约 75% 是空气充气的双层聚乙烯塑料。6 毫升聚乙烯塑料覆盖物价格低廉，R 值 1.4，U 值 0.5（绝缘容量高，节能）。 单层玻璃纤维覆盖物价格适中，R 值为 0.83，U 值为 1.2（绝缘容量适中，能效不高）（表 11）。 为您的气候区域选择合适的材料对于降低冬季供暖成本至关重要。 能源成本是第二大的生产费用，仅次于劳动力。 表 11：温室玻璃材料的比较 材料 寿命 R 值 U 值 优点 缺点 成本 玻璃单层, 回火 (直到破裂) 0.95 1.13 坚固, 吸引力, 密封性好, 90% 的光渗透 断裂，难以安装，加热 美元 -$$$$$ 刚性塑料玻璃纤维 6-15 年 0.83 1.20 轻质，坚固，光穿透不透 明 ，随着时间的推移，降解/黄色，需要树脂重新定价 $-$$ 刚性单壁 $-$$ 刚性双层压克力 20 年 1.4-1.9 0.75-1.0 透明，双层节能 30%，折弯 额外层可将光线冲击降至约 80% 美元-$$$$$$$ 带紫外线涂层的刚性双层或三层聚碳酸酯 10-15 年 1.

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9.1 温室类型

独立的温室有各种形状和大小（图 24）。 温室的选择取决于雪负荷和风速的特定位置。 独立温室比较大的结构更便宜，更容易优化不同作物物种的环境参数。 如果使用多个独立的结构，则需要加强卫生规程，以防止工人在建筑物之间转移昆虫害和疾病问题。 ！ [图片-4] (https://cdn.farmhub.ag/thumbnails/a1d4a060-b242-4729-9d40-b0bb9edec0ca.jpg) 与独立式结构相比，与排水沟相连的温室提供了更有效的空间利用，并降低了冬季的整体供暖成本（图 25）。 这种温室风格的前期成本很高，而且在有限的预算下，种植者的成本可能会令人望而却步。 倾向温室有一面墙，靠近建筑物。 如果暗墙是北墙，光线减少并不严重。 这些类型的结构可能对分离水联系统有用，因为环境参数可以在每个结构中独立控制。 ！ [图片-3] (https://cdn.farmhub.ag/thumbnails/34dc8a8c-b110-45f2-af6b-c9d447d559c9.jpg) 资料来源：珍妮尔·海格，利·安·布赖特，乔什·杜西，詹姆斯·蒂德威尔，2021 年。 肯塔基州立大学 水果生产手册：种植者实用手册。 *

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8.9 食品安全和卫生

操作的卫生和清洁度对于确保食品安全方面的良好农业规范 (GAP) 至关重要 (Hollyer et al. 2012)。 这一点非常重要，因为截至 2018 年，疾病控制中心估计，每年有 4800 万人患有食源性疾病，128,000 人住院，约 3000 人死亡。 如果水产行业希望成为全球食品生产和新鲜切割行业的更大一部分，那么在同一系统内养殖的鱼类和植物保持良好的声誉和正面的公众认识是至关重要的。 水中最大的食品安全问题是动物传染病原体（大肠杆菌、沙门氏菌等）的传播，这些病原体可能在水中以有害数量存在。 污染可能发生在人们接触水或食用与水生水接触的植物叶片（Hollyer et al. 2012 年）。 每年分析水和植物样本将有助于生产商深入了解潜在的污染源。 预防是生物安全和食品安全的最佳策略，这就是为什么每一个水生物操作都应采用 SSOP（卫生标准操作程序），并遵循 HACCP（危害分析和关键控制点）的七项原则。 SSOP 是食品加工的书面规则，由操作开发和实施，以防止工具或生产空间受到任何污染。 HACCP 规定了在关键控制点必须保持生物、化学或物理参数的最大/最小值，以防止食品安全危害。 消除鱼类和植物的疾病、虫害和食品安全问题的卫生程序的例子包括： -每年病原体和细菌检查 -持续改进 SSOP 和 HACCP -整体生产空间的清洁度和生物安全 -工具卫生 -人类卫生 -环境卫生教育 -适当的食物储存 在考虑到大多数水生养系统都是循环循环的情况下，卫生尤其重要，而且由于植物综合生产，在再循环水产养殖中通常采取的治疗生病鱼类的做法不能轻易地在循环水产养殖中完成。 因此，应在现场进行净浸，以防止鱼类通过与受污染的网络接触而扩散鱼类病原体。 Virkon 是鱼类安全网络卫生产品的一个例子，可以根据制造商的指示应用到网上。 保持水槽轮缘清洁未食用的鱼类食物是减少潜在真菌和虫害生长的简单方法。 监测和保持饲料质量将降低鱼类因摄入发霉食物而生病的风险。 ！ [图片-3] (https://cdn.farmhub.ag/thumbnails/b891c517-943f-4b15-bc08-079a3f17a1c7.jpg) 制定并遵循关于如何处理鱼类和植物的详细计划，将大大减少食品安全问题。 鱼类加工要求生产者遵守严格的 HACCP 条例和检查，由于每次收获的鱼数量和与鱼类加工有关的间接费用，对于大多数水产生产者来说，这种情况令人望而却步。 因此，许多水产养殖场会出售整条鱼或者活或冰上。 鱼类加工法规可能因州而异。 植物加工将受 SSOP 管制，其中包括收获前或接触水后洗手；用肥皂或稀释漂白剂清洗工具；保持清洁的收获区；以及使用消毒剂（肥皂、过氧化氢等）清洗筏/培养介质 （图 23）。 潜在的危险食品 (PHF) 是指如果在室温下保持一定时间，会破坏并导致食品安全问题的食物 (Busta et al. 2003)。这将包括水生系统中生产的鱼和植物 (蔬菜、微绿、水果)。 食物冷却不当是食源性疾病的首要原因（\ > 30%）。 时间和温度是影响食物变质最大的两个因素。 储存环境和设备的湿度也会影响食品的保质期。 在考虑食品安全时，微绿菜和豆芽尤其令人关注，因为它们在食用前无需加工或热处理，而且保质期较短，因此更容易受到细菌腐蚀的影响。

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8.8 在水生系统中预防植物疾病的步骤：

-** 控制生长环境的温度和湿度。** 高温和湿度通常是植物中真菌和细菌疾病生长和传播的理想环境。 特别是在温室或室内设施中，强制空气通风和防止蒸发将减少这些参数。 同样重要的是，在工厂结构内部和周围控制它们。 这是通过适当的植物间隔和修剪果实作物与茂密的树叶来实现的。 -** 卫生 .** 实施卫生标准作业程序将有助于防止蔬菜生产单位的疾病爆发。 消毒传播和收获工具以及种植设备，例如木筏和 NFT 渠道，也有助于防止疾病爆发。 -** 移除死亡或患病的植物。** 迅速清除和处置受影响的植物可以帮助疾病在设施内传播。 -** 选择适当的植物品种。** 如果外部环境条件无法控制，选择耐药品种或合适的品种将节省从业人员的时间和金钱。 -** 种子质量和储存。** 购买优质种子并将其存放在冷藏下，以防止种子成型，增加萌发。 资料来源：珍妮尔·海格，利·安·布赖特，乔什·杜西，詹姆斯·蒂德威尔，2021 年。 肯塔基州立大学 水果生产手册：种植者实用手册。 *

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8.7 植物疾病和预防

植物疾病问题可能是困难和耗时的治疗。 防止问题的出现是适当的植物护理的第一步。 许多叶面植物疾病在高温和湿度条件下都存在。 提供适当的通风和降低湿度将防止霉菌和疾病蔓延到其他植物。 植物营养在植物抗病性中起着直接的作用（Adrios 2005）。 提供正确的营养素平衡不仅对生长至关重要，而且对于降低敏感性和增加从某些植物疾病中恢复来说都很重要。 表 10 说明了某些营养物质在预防植物疾病方面的作用。 以下是水生系统中常见的植物疾病。 表 10：营养在抗植物疾病方面的作用。 营养 效应 氮 过度施肥使更多的肉质组织更容易受到真菌攻击。 氮饥饿导致发育迟缓的植物更容易受到机会性微生物的攻击。 磷 改善营养平衡，加速成熟的植物。 钾 加速伤口愈合，减少霜冻损伤的影响。 延迟植物的成熟和衰老。 钙 降低了一些根源和茎真菌疾病的严重程度。 影响抗真菌渗透植物中的细胞壁组成。 硅 帮助植物产生特定的防御反应，包括酚醛化合物对病原体的释放。 ！ [图片-图片-https://cdn.farmhub.ag/thumbnails/8c1b5949-fc73-488a-be4c-0cb69da3c749.jpg _ 细菌性口腔 _：导致细菌溃疡的细菌，假单胞菌，通过修剪、收获或损伤造成的现有伤口进入植物。 细菌溃疡的迹象包括叶片边缘褐变或坏死、棕褐色细长区域或茎干分裂以及/或果实上的小白斑（图 22a）。 最常见的原因是不卫生的生长条件或采伐工具。 _ 灰霉菌：_ 由致病真菌引起，黄霉菌，几乎任何植物生长的地方都可以找到灰霉菌。 在潮湿、凉爽的天气中，灰霉可以迅速蔓延到作物中，影响茎、叶子和果实。 叶片可能有褐色病变，蔓延到整个表面，导致叶片枯萎（图 22b）。 如果不加控制，孢子会蔓延到花卉和果实上，在那里会出现模糊、灰色的生长（图 22c）。 通过修剪改善风扇的通风和工厂结构内的空气流通是预防措施。 此外，去除掉掉落或患病的植物，避免对花架植物造成伤害对防止灰霉至关重要。 _ 粉状和柔滑霉病：_ 这两种霉菌影响几乎所有的蔬菜作物。 主要影响植物的叶子，它们在潮湿条件下更为普遍。 粉状霉变是圆形和白色的外观，可以出现在叶片表面的任何地方。 如果真菌已经存在很长一段时间，叶子可能会变黄。 一个微弱的霉斑在外观上是角度和灰色的，真菌受叶静脉的限制。 在真菌的存在明显之前，叶子可能会出现黄色（图 22d）。 ！ [图片-3] (https://cdn.farmhub.ag/thumbnails/4fe5181b-877f-4354-85f0-51bb7a948728.jpg) _pythium: _ 植物根腐病的致病剂 pythium sp. 在培养环境中自然发现，影响各种植物。 症状包括褐色腐烂的根部，在受到干扰时容易脱落（图 22e）。 植物可能看起来发育不良或营养不足。 不同种类的 pythium 在特定温度下普遍存在；但是，在水生物中，它们通常出现在 78°F 以上的水温和高有机固体的条件下。 控制温度和实施有效的固体去除将限制水生物系统中的 pythium sp.

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