第十三章水上鱼类饮食
13.4 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 Systems13.1 导言
水生食品被认为有益于人类营养和健康，并将在未来可持续健康饮食中发挥重要作用（Beveridge 等人，2013 年）。 为了实现这一目标，全球水产养殖部门必须在现在至 2030 年期间为提高鱼类供应的数量和质量做出贡献（Thilsted 等人，2016 年）。 不仅应通过增加生产和/或物种数量，而且还应通过系统多样化来促进这种增长。 然而，水产养殖鱼只是最近才被纳入粮食安全和营养（FSN）辩论以及未来战略和政策，这表明这种生产对于防止未来营养不良的重要作用（Bénét 等人，2015 年），因为鱼类提供了良好的蛋白质和蛋白质来源。不饱和脂肪，以及矿物质和维生素。 必须指出，许多非洲国家正在促进水产养殖，以此应对其当前和未来粮食生产挑战。 即使在欧洲，鱼类供应目前也不能自给自足（国内供应/需求不平衡），日益依赖进口。 因此，确保全球水产养殖的成功和可持续发展是全球和欧洲经济必不可少的议程（Kobayashi 等人，2015 年）。 可持续性通常需要显示三个关键方面：环境可接受性、社会公平性和经济可行性。 Aquaponic 系统提供了一个可持续发展的机会，它将动物和植物生产系统结合在一起，以具有成本效益、环保和有利于社会的方式。 斯台普斯和 Funge-Smith (2009 年) 认为，可持续发展是生态福祉和人类福祉之间的平衡，而在水产养殖方面，生态系统方法直到最近才被理解为研究的优先领域。 在过去 40 年中，水产养殖一直是增长最快的食品生产部门（Tveterås 等人，2012 年），是满足近期世界粮食需求的最有希望的农业活动之一（小林等人，2015 年）。 水产养殖的总产量统计数据（粮农组织 2015 年）显示，全球产量年增长 6%，预计到 2030 年，全球鱼类消费量将达到 63%（粮农组织 2014 年），估计 2050 年将达 90 亿人口。 就欧洲而言, 预计的增长不仅在海洋部门, 而且在陆地生产的产品中也有所增加. 在未来几年，水产养殖增长面临的一些预期挑战包括：减少使用抗生素和其他病理治疗方法，开发高效的水产养殖系统和设备，以及物种多样化和提高可持续性 饲料生产和饲料使用领域。 从饲料中的鱼粉 (FM) 转向其他蛋白质来源也是一项重大挑战，以及 “进鱼” 比率。 促进水产养殖部门的增长以实现适当的可持续性，包括鼓励适应和创造新的和更可持续的饲料配方，减少饲料溢出和降低食物转化率（FCR），有着悠久的历史，可追溯到 1960 年代。 虽然水产养殖被公认为是最有效的动物生产部门，但与陆地动物生产相比，在资源效率、物种多样化或生产方法方面仍然有改进的余地，而且显然需要采取生态系统方法充分利用生物的生物潜力，并充分考虑环境和社会因素（考希克 2017）。 水产养殖产量的增长需要得到预期饲料总产量的增加的支持。 每年需要再生产约 300 万吨饲料，以支持到 2030 年水产养殖的预期增长。 此外，需要用植物和陆地替代品取代鱼粉和鱼油（FO），这需要对动物养殖配方饲料进行必要的研究。 动物和水产饲料行业是全球生产部门的一部分，这也是未来发展战略的重点。 Alltech 的年度调查（2017 年阿尔科技）显示，动物饲料总产量突破 10 亿吨，与 2015 年相比，产量增长 3.
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