21.1 导言
Aquaponics 已被公认为是 “可以改变我们生活的十大技术” 之一，因为它具有彻底改变我们养活不断增长的城市人口的方式的潜力（Van Woensel 等人，2015 年）。 这种无土循环生长系统在过去几年里激发了学术研究的不断增加，并激发了公众的兴趣，2016 年谷歌与 Google Scholar 的搜索结果比例很高（Junge 等人，2017 年）。 很长一段时间以来，水上乐器一直主要实践作为后院爱好。 由于消费者对有机、可持续耕作方法的强烈兴趣，现在越来越多地用于商业上。 华盛顿大学 CITYFOOD 团队于 2018 年 7 月进行的一项调查显示，在过去 6 年中，商业水上乐器运营的数量迅速增加。 这次对水上乐器运营的重点搜索发现，北美有 142 个活跃的营利性水上乐园业务。 根据在线信息，94% 的农场自 2012 年以来已经开始商业规模运营；只有 9 个商业水上养殖场运营超过 6 年（图 21.1）。
大多数接受调查的水上活动都位于农村地区, 往往与现有农场相连, 以利用低土地价格,
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** 图 21.1** 北美现有水上乐园从业人员, 142 家商业公司 (红色) 和
17 个研究中心 (蓝色), (城市食品, 2018 年 7 月)
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** 图 21.2** 欧洲各地的水上乐器：50 个研究中心（蓝色）和 45 个商业公司（红色）。 （2017 年欧盟水上乐器中心）
基础设施和有利于农业结构的建筑法规. 无论如何，越来越多的水上活动也位于城市。 由于其物理占地面积相对较小，生产率高，非常适合在城市环境中进行操作（Junge 等人，2017 年）。 2017 年在欧盟（EU）Aquaponics 中心主持下进行的调查发现，在欧盟运营的 50 个研究中心和 45 家商业公司（图 21.2）。 这些公司的规模从小到中等规模不等。
#21.1.1 城市环境中的水上乐器
空间在城市中是一种宝贵的商品。 城市农场必须有足智多谋，才能找到可用的地点，例如空地、现有屋顶以及农业企业负担得起的未充分利用的仓库 (de Graaf 2012；De La Salle 和荷兰，2010 年)。 城市水上养殖场需要平衡较高的生产成本和城市地区提供的有竞争力的营销和分销优势。 在城市定位水上乐园运营的最大好处在于消费市场不断增长，对新鲜、高质量和当地种植的农产品感兴趣。 当遵守当地有机农产品法规时，城市农场可以为其水果种植的绿叶蔬菜、草药和西红柿实现优惠价格（Quagrainie 等人，2018 年）。 与水培学不同，水生动物也具有生产鱼类的能力，从而进一步提高了城市环境中的经济生存能力，这种环境往往具有不同的饮食需求（König 等人，2016 年）。 城市水上养殖场还可以通过缩短与消费者的交通距离并减少农作物储存需求来节省一些运营成本（dos Santos 2016）。
城市环境条件也对水生养殖场有利。 城市的平均气温高于农村环境 (斯图尔特和奥克 2010)。 尤其是在寒冷地区，农场可以受益于城市气候温暖，这有助于降低供暖需求和运营成本（Proksch 2017）。 与宿主建筑物的建筑系统相结合的水上养殖场可以进一步利用城市资源，例如废热和废气中的 COSuB2/Sub，从而有利于植物的生长，作为传统 COSub2/Sub 施肥的替代品。 城市农场还可以帮助减轻夏季城市热岛效应的负面影响。 增加的植被，即使在温室生长，也有助于通过增加蒸散量降低环境温度 (Pearson 等人, 2010 年)。 在水生动物中，利用循环水基础设施减少了生产鱼类和生菜的总体用水量，因此可以对城市水循环产生积极影响。 水产种植的农产品致力于结束营养周期，从而避免农业径流的生产。 通过主要环境系统内的智能资源管理，水产养殖有助于减少工业农业通常造成的过度耗水和富营养化。
#21.1.2 水生动物作为可控环境农业（CEA）
传统的农业技术将自然作物种植季节的范围从最小的环境改变（例如在土壤田地上使用的临时圈屋）到永久性设施的全面环境控制，无论当地气候如何，都能实现全年生产（控制环境农业, 1973 年). 后一项战略也称为控制环境农业 (CEA)，包括温室和室内种植设施。 除了控制室内气候外，CEA 还显著降低了作物损失的风险，以及对除草剂和杀虫剂的需求（Benke 和 Tomkins 2017）。 大多数水生动作业被认为是 CEA，因为它们结合了两个复杂的生长系统（水产养殖和水耕），这两个系统都需要有控制的生长条件来保证最佳的生产效率。 此外，CEA 使全年生产能够摊销对水生基础设施的高投资，并在自然生长季节以外的市场上实现优质作物价格。 水生养殖场的性能在很大程度上取决于当地气候和季节性波动（Graamans 等人，2018 年）。
由于水产养殖是一个相对较年轻的学科，现有的大部分研究都集中在系统层面，例如，评估水产养殖与不同配置水培技术结合的研究（Fang 等人，2017 年；Lastiri 等人，2018 年；Monsees 等人，2017 年）。 尽管各个水声系统组件及其相互作用仍然可以进一步优化，以提高生产率，但它们在受控环境范围内的性能尚未得到全面解决。 近期在 CEA 的研究已经开始评估水培系统性能与建筑环境性能一起进行评估，尽管迄今为止只有一项研究可控包络中的水培系统性能（Benis 等人. 2017a；Körner 等人. 2017；Molin 和 Martin 2018a；Sanjuandelmás 等人。2018 年）。
#21.1.3 水上生物学研究合作
目前对水上乐器的兴趣扩大导致建立了若干由欧洲联盟（欧盟）资助的跨学科水上乐器相关研究合作项目。 COST FA1305 项目创建了欧盟 Aquaponics 中心（2014—2018 年），将水生研究和商业生产商聚集在一起，以更好地了解水上乐器的最新状况，并在欧盟和世界各地开展协调一致的研究和教育工作。 创新的专业应用水上乐器（INAPRO）（2014—2017 年），由 17 个国际合作伙伴组成，旨在通过开发模型和建造原型温室来推进农村和城市水上乐学的现有方法。 由欧盟、贝尔蒙特论坛和各自的科学基金会共同资助的可持续城市增长倡议 (SUGI) 项目 CITYFOOD (2018—2021 年) 研究了水生动物在城市环境中的融合及其对全球粮食-水-能源关系挑战的潜在影响。