第五章水上乐器：基本知识
5.9 水上乐器的优势
由于有两种不同的、现有的类似技术可以高速生产鱼类和植物 (RAS 鱼类养殖和水栽培/基质培养植物生产)，因此将其整合起来的理由似乎是相关的。 RAS 以个人生物量增益方面的生产率生产鱼类，其饲料重量相当于其他水产养殖方法（如果不是更好的话）（Lennard 2017 年）。 此外，RAS 允许的鱼类密度高，可以带来更高的集体生物量收益（Rakocy 等人，2006 年；伦纳德 2017 年）。 在受控环境下，水栽培和基材培养具有较高的植物生产率，使其他大多数农业和园艺方法更好（Resh 2013）。 因此，最初要求水产养殖者以相当于这两种独立生产技术的速率生产鱼类和植物；如果没有，那么任何生产努力的损失都不符合任何一体化论点。 如果水生系统中鱼类和植物的生产率可以相当或更好地相当于 RAS 和水培工业，那么可以进一步说明由于整合过程而可能产生的其他优势。 在这两种技术的植物生长率方面，标准水培养或基质培养物与水生培养物进行了直接比较。 Lennard（2005 年）在几个重复实验室实验中将水生生菜与水培控制进行了比较。 在采用标准方法进行培养床水通系统的设计和管理时，他表明，与水培（6.52 kg/msup2/sup）相比，水生生菜的产量在统计学上较低（4.10 kg/msup2/sup）。 然而，他进行了一系列实验，分离了设计的特定参数（例如，倒数与恒定水培亚单位输水、将水流速应用于水培亚单元，并比较不同的水培亚单元）或比较具体的管理驱动因素（例如缓冲方法和物种以及总体起始营养浓度），从而实现优化，然后证明水生生菜（5.77 kg/msup2/sup）在统计学上与水培生菜的生产（5.46 kg/msup2/sup）在水培生菜的生产（5.46 kg/msup2/sup）相同。这一结果表明, 对耦合或完全循环水生设计的改进可以相当于标准水耕植物生产率. Lennard（2005 年）还证明了鱼类存活率、SGR、FCR 和生长率等同于标准 RAS 和广泛池塘水产养殖中的测试鱼种（澳大利亚 Murray Cod）。 Pantanella 等人（2010 年）还表明，在高鱼密度（5.7 千克/msup2 苏贝生菜）和低鱼密度（5.6 千克/msup2 苏贝生菜生产）水生生菜系统与标准水培控制系统相比（6.0 千克/msup2/sup）。 Lennard（Nichols 和 Lennard 2010）表明，与同一温室内的水培 NFT 系统相比，所有生菜品种和几乎所有药草品种生产均在营养膜技术 (NFT) 水生体系中测试，统计学上相等或更好。 Delide 等人（2016 年）比较了营养补充 RAS 生产水（添加营养成分以匹配一种水养分混合物和强度示例 —— 以水生类似物表示），全营养补充 RAS 生产水（带有添加水培养盐的 RAS 生产水在植物生长速率方面，符合水培的水养分混合物和强度，表示为分离模拟物）和水培控制（标准水培养液溶液），并表明水培水模拟物等于水培控制和分离模拟水更好的水培控制。 然而，必须指出的是，这些不是完全运行的水生生物系统，含有鱼类（以及相关的、完整的和活性的微生物含量）进行了比较，而只是从操作 RAS 中去除的水和补充，然后与水培控制水进行比较。 Rakocy 和他的 UVI 团队通过多项研究证明，_罗非皮_spp.
· Aquaponics Food Production Systems5.8 水生动物作为一种生态方法
直到最近，Aquaponics 一直以全循环（或耦合）设计方法为主，这些方法在两个主要组成部分（鱼类和植物养殖）之间不断共享和循环水资源（Rakocy 等人，2006 年；Lennard 2017）。 此外，历来应用于水生技术的低到中等技术方法促使人们希望去除昂贵的成分，从而增加积极经济成果的潜力。 其中一个过滤组件几乎总是应用于标准 RAS 和水栽培/基材培养技术，即水生灭菌技术，一直没有被水生设计师包括在内。 普遍采用 RAS 和水栽培/基质培养环境中的灭菌方法，因为养殖的鱼类或植物的密度高通常会吸引水生病原体的压力，大大降低了整体生产率（Van Os 1999；Timmons 等人，2002 年）。 这两种技术中水生虫害压力增加的主要原因是，每一种技术都集中精力提供最低限度的生物生态资源，因此在系统内为生物殖殖民提供了相当大的 “生态空间”。 在这些 “开放” 的生物条件下，虫害和病原物种繁殖，往往迅速殖民，以利用现有物种（即鱼类和植物）（Lennard 2017）。 在这方面，对培养水进行灭菌或消毒一直被视为解决这一问题的工程方法（Van Os 1999；Timmons 等人，2002 年）。 这意味着 RAS 和水栽培/基质培养行业都采用灭菌方法来控制相关培养水中的病原体。 Aquaponics 一直强调相关微生物学对于执行重要生物服务的重要性。 在 Rakocy 和他的 UVI 团队的所有水生子耦合设计中，没有包括生物过滤器，因为它们证明了筏培养、水培成分提供了足够的表面积来支持硝化细菌群的大小，以便将鱼类产生的所有氨作为溶解废物产品并将其转化为硝酸盐 (拉科奇等人, 2006 年, 2011 年). 因此，Rakocy 和他的团队并不主张对系统水进行灭菌，因为这可能会影响到硝化细菌菌落。 这种历史悠久的 UVI/RakoCy 视角决定了未来的水生系统设计。 发现并讨论了不将水生灭菌纳入水生生物系统的其他优点，特别是在辅助植物微生物群的背景下（Savidov 2005；Goddek 等人，2016 年）。 水生研究和行业目前的想法是，不应用任何形式的水生灭菌或消毒，系统水可以开发一个由多种不同微生物生物形式组成的复杂水生生态系统（Goddek 等人，2016 年；Lennard 2017）。 这就产生了一种类似于自然生态系统的情况，在这种生态系统中，高度多样的微生物群相互作用以及系统内其他相关生命形式 (即鱼类和植物)。 拟议的结果是，这种多样性导致这样一种情况：由于存在所有其他微生物群落，任何一个病原体都不能占据主导地位，因此不能对鱼类或植物生产造成破坏性影响。 研究表明，水生系统含有高多样性的微生物群落（Eck 2017），并通过上述提出的生态多样性机制，通过这种微生物多样性为鱼类和植物的健康和生长提供了帮助（Lennard 2017）。 非消毒、生态多样化的水生生态方法历来应用于耦合或完全循环的水生设计（Rakocy 等人，2006 年），而一些分离水生设计方法则提出了灭菌的水培类比（Monsees 等人，2016 年；Priva 2009；Goddek2017 年）。 然而，似乎更多的分离设计师现在正在应用考虑生态、非消毒方法的原则（Goddek 等人，2016 年；Suhl 等人，2016 年；Karimanzira 等人，2016 年），因此承认多样化的水生微生物群落会产生积极影响（Goddek 等）。等人，2016 年；伦纳德 2017 年）。
· Aquaponics Food Production Systems5.7 营养来源
任何水生生物系统的主要投入是添加的营养物质，因为水生系统的设计旨在有效地分配给他们的营养物质到三种重要的生命形式：鱼类和植物（这是该系统的主要产品）和微生物群落（这有助于使添加营养物质提供给鱼类和植物) (伦纳德 2017). 在经典的完全循环的水生设计中，关键的设计驱动因素之一是尽可能高效地使用主要的养分输入来源，即鱼饲料，因此完全循环设计力求为鱼饲料中的植物提供尽可能多的营养素（Lennard 2017）。 另一方面，分离式设计将重点放在优化植物生长上，直接比较标准水培养和基质培养中应用的营养混合物和强度，并试图在水生环境中复制这些物质，因此不会努力提供尽可能多的鱼饲料中植物所需的营养物质，并利用大量外部营养素补充来达到所需的植物生长率（Delide 等人，2016 年）。 这意味着根据技术设计方法对添加的营养物质的来源给予了不同的重视，因此，这影响到水生系统的主要营养供应来源；对于完全循环的设计，主要的植物养分来源是鱼饲料（通过鱼类废料）生产），对于分离设计，植物的主要营养供应来源是外部补充剂（例如营养盐）（Lennard 2017）。 完全循环的水生设计，如 UVI 水生系统模型，依靠鱼饲料作为该系统的主要营养来源（Rakocy 等人，2006 年）。 鱼类饲料被添加到鱼中，鱼类食用它，代谢它，并根据需要使用它的营养物质，然后产生一个废物流（固体和溶解）。 这种来自鱼类的废物流成为植物的主要营养来源，因此鱼饲料是植物的主要营养来源。 UVI 系统仅提供鱼类饲料中种植植物所需的大约 80% 或更多的营养素（伦纳德 2017 年）。 植物生长所需的剩余营养物质，因为鱼饲料不含所需数量，通过营养补充方法添加，这种方法具有补充额外营养物质和控制系统水生 pH 值的双重作用（Rakocy 等人，2006 年）。 这种双重作用方法被称为 “缓冲”，补充措施称为 “缓冲”。 对于 UVI 模型，被确定为缺乏鱼饲料和需要补充的两种重要植物营养物质是钾 (K) 和钙 (Ca)，并通过缓冲制度每天补充。 此外，鱼饲料中也缺乏植物需要的铁 (Fe)，通过直接添加到系统水中以几周测量的频率（即根据每周水生铁分析每 2-4 周）以螯合形式补充（Rakocy 等人，2006 年）。 其他完全循环的水生设计方法或方法更加重视通过鱼饲料提供养分。 Lennard（2017 年）开发了一种完全循环系统的方法，通过添加的鱼饲料提供植物生长所需的 90% 以上的营养物质。 与 UVI 方法相比，这种方法通过鱼饲料提供的营养物质的效率有所提高，因为这种方法对固体鱼类废物进行再矿化（通过外部细菌介导的生物消化），并将这些养分添加到水生生物系统中进行植物利用，而UVI 方法将大部分固体鱼类废物送入外部废物流（Rakocy 等人，2006 年；伦纳德 2017 年）。 这种方法还通过缓冲制度增加了鱼饲料中缺乏的营养物质，以促进植物生长；但是，这种方法要严格得多，并且比 UVI 方法更好地操纵养分强度和混合物（Lennard 2017）。 因此，大多数完全循环水生系统设计的主要营养添加途径是鱼饲料（主要途径）、添加钾和钙的缓冲外部补充（次要途径）以及铁螯合物的直接补充（次要途径）。 分离式水生子系统设计，例如目前在欧洲广泛采用的设计，依靠鱼饲料营养素和活性外部补充剂的混合物来提供植物生长所需的营养素（Suhl 等人，2016 年）。 由于分离设计不会将水从植物成分返回到鱼类成分，因此可以根据植物需求定制水中的营养分布（Goddek 等人，2016 年）。 因此，分离式水生设计几乎总是依靠大量的外部营养补充来满足植物的需求，而不太重视从鱼类废物中为植物提供尽可能多的营养。 此外，与全循环方法（Lennard 2017）相比，外部补充剂的含量非常大，外部补充剂定期占植物总营养素需求量的 50% 或更高（Goddek 2017）。 用于分离水生子系统的外部营养素通常是水培养盐类似物或衍生物（Delide 等人，2016 年；Karimanzira 等人，2016 年）。 对于欧洲分离方法的植物供应而言，依靠大量额外营养物质的来源，除了源自性质上属于水培盐的鱼类废物（鱼饲料）所产生的营养物质，甚至直接影响到欧洲水生生物界目前适用, 与欧盟成本, 欧盟水上生物中心, 定义水生生物学为 “… 水生生物和植物的生产系统，其中大多数 (\ > 50%) 的养分来自源自喂养水生生物的废物” (Goddek 2017; COST FA 1305, 2017) 相比伦纳德 (2017 年），该公司将水生物定义为需要至少 80% 的鱼类废物养分供应。 有些人还争辩说，一种依赖 50% 的植物生长所需营养素来自鱼类饲料以外的外部来源的方法是否实际上是水生的，或者说是一种水培法，一种集成或添加一些鱼（Lennard 2017）？
· Aquaponics Food Production Systems5.6 适用鱼类养殖技术
在水生动物学中，整合方程的水产养殖部分广泛应用于基于水箱的环境中，鱼类被储存在水箱中，通过机械（固体去除）和生物（氨转化为硝酸盐）机制过滤水，并通过曝气或直接氧气注入（拉科奇等人，2006 年；伦纳德 2017 年）。 正如本章 第 5.0 节 (导言) 所指出的那样，中国水上乐园 (Somerville 等人, 2014 年) 和亚洲水稻养殖 (Halwart 和 Gupta 2004) 早期迭代水上乐园原理的历史例子是毫无根据和不适当的，因为现代水上乐器依靠设计的鱼类和鱼类饲料来为植物提供设计水平的营养，因此，这些历史的例子不能以任何方式考虑类似的方式（Lennard 2017）。 上述历史例子依赖于土壤植物培养系统，导致了一个问题，即哪些水产养殖技术适合水产养殖整合。 以土壤为基础的广泛淡水池养殖鳍鱼是用于生产淡水鱼供人类食用的最大养殖方法（Boyd 和 Tucker，2012 年）。 池塘方法依靠池塘的土底以及该土壤中存在的相关微生物群落来处理和补救鱼类养殖产生的废物，使鱼类不会生活在可能对其有毒的水中（Boyd 和 Tucker，2012 年）。 由于该系统依靠土池本身固有的处理能力，因此与其他水产养殖方法相比，鱼类密度相对较低。 由于鱼类密度较低（因此相关的喂养率较低），池塘本身处理和吸收鱼类产生的废物养分，池塘水的养分浓度极低。 这些池塘系统水生养分浓度非常低，通常不适合作为大量商业水生植物生产方法的营养来源（Lennard 2017）。 因此，就可接受的植物生产率而言，池塘并不是与水培结合的适当水产养殖方法。 同样，通过控制的滚道鱼养殖罐，以高周转率或低停留时间提供大量水的滚道鳍鱼养殖方法（经常用于淡水鲑鱼生产）也不适合水生一体化，因为高水营业率不足以积累足够的营养物以满足植物营养要求 (Rakocy 和 Hargreaves, 1993 年). 在水生一体化环境中应用的最合适的鱼类养殖技术是那些在鱼缸中养殖鱼类，并允许一定程度的鱼类废物积累（植物养分积累），这些技术可能导致水分养分浓度，适用于高效水培植物生产 (拉科奇等人, 2006 年). 再循环水产养殖系统 (RAS) 原则被广泛应用于水生养殖，因为它们提供了一些方法，可以在受控的水量中成功地养殖和种植鱼类，并且每日更换水量较低，允许鱼类废物（植物养分）积累接近这些需要有效地进行水培养的植物 (拉科奇和哈格雷夫斯 1993; 伦纳德 2017). RAS 的复杂性和设计要求在本书 [第 3 章]（/社区/文章/第 3 章-再循环-水产-技术）中进行了讨论。 只需说，RAS 鱼类养殖是在水生环境中应用鱼类养殖成分的唯一真正合适的方法，正如上文所述，以土壤为基础的水产养殖系统，如广泛的池塘系统和滚道培养系统，无法满足植物的营养需求。因此不应予以考虑.
· Aquaponics Food Production Systems5.5 水质要求
Aquaponics 代表着控制水质的努力，以便在尽可能接近理想的水化学条件下培养目前所有的生命形式（鱼类、植物和微生物）（Goddek 等人，2015 年）。 如果水化学能够满足这三种重要生命形式的要求，那么就可以提高生长和健康的效率和优化（Lennard 2017）。 优化对于商业水生产非常重要，因为只有通过优化才能实现商业成功（即金融盈利）。 因此，水生系统中的水化学和水质要求对于企业取得最终商业和经济成功至关重要（Goddek 等人，2015 年）。 目前，在更广泛的水生产业和社区内部，对于水生系统内的良好或可接受的水质，存在着分歧。 人们普遍认为，个体生命构成子集（鱼类、植物和微生物）的天然水化学要求已得到广泛的一致认可（拉科奇和哈格雷夫斯 1993 年；Rakocy 等人，2006 年；Goddek 等人，2015 年；Delide 等人，2016 年；伦纳德 2017 年）。 然而，由于存在广泛的方法、方法和技术选择，而且再循环水产养殖系统 (RAS) 和水培植物培养 (包括基材培养) 相关的独立技术的背景或历史，似乎导致运营商，科学家和设计师之间的分歧。 例如，只考虑一个单一的水化学参数 pH 值，有些人认为水培养植物的 pH 要求与 RAS 养殖淡水鱼种的 pH 要求有很大的不同（Suhl 等人，2016 年）。 水培产业通常应用 4.5 到 6.0 之间的 pH 值设置（Resh 2013 年），而 RAS 行业通常应用 7.0 和 8.0 之间的 pH 值设置（Timmons 等人，2002 年），以满足鱼类和微生物的要求（这些微生物具有重要作用）潜在有毒的鱼废物代谢物转化为毒性较小的形式）。 因此，论点是，任何 pH 值设定点都是植物、鱼类和微生物的要求之间的折衷，因此无法实现所有生命形式的最佳 pH 值，从而导致植物生产不理想（Suhl 等人，2016 年）。 然而，其他人则认为，对植物营养素摄取的养分动态的复杂性进行更仔细的审查可能会表明不同的意见（Lennard 2017）。 水培（和基质培养）系统通过向水中添加营养盐，从而释放可用的营养离子，以基础离子形式向植物提供营养物质（Resh 2013）。 研究表明，这些离子营养形式存在于一个窗口的可用性植物，基于可用的系统水 pH 值。 因此，在标准的水培背景下，没有微生物菌群（即灭菌 — 与大多数水培系统一样），重要的是将系统水的 pH 值设置为尽可能使植物所需的离子营养混合物的水平（Resh 2013）。 在任何水培系统中，这本身都是一种妥协，因为正如任何离子营养素可用性图表（见图 5.
· Aquaponics Food Production Systems5.4 水源
水是水生系统中使用的关键介质，因为它是系统的两个主要组成部分（鱼类和植物组成部分）之间共享的，它是系统内养殖资源的主要载体，并设定了鱼类和植物养殖的整体化学环境。 因此，它是一个至关重要的组成部分，可能对系统产生重大影响。 在水生系统中，水基环境、水源和水源含有的化学、物理和生物对该系统产生重大影响，因为它为该系统的各种投入需要添加的内容确定了一个基线。 这些投入反过来又会影响和设置鱼类和植物养殖的环境。 例如，任何水生生物系统的一些主要营养物质投入包括但不限于鱼饲料 (该系统的主要营养资源)、应用的缓冲液 (有助于控制和设定与鱼类和植物成分有关的 pH 值) 以及任何外部为满足鱼类和植物的营养需求而需要添加营养成分或补充（伦纳德 2017 年）。 鱼类饲料旨在提供鱼类生长和健康所需的营养，因此含有主要用于养殖鱼类的营养混合物和数量（Timmons 等人，2002 年；Rakocy 等人，2006 年）。 另一方面，植物对鱼有不同的营养要求，鱼饲料很少满足植物的总营养要求（Rakocy 等人，2006 年）。 正因为如此，只使用鱼类饲料衍生的养分资源来养殖鱼类和植物的水生系统可以有效和最佳地生产鱼类，但它们很少对植物这样做。 最好的水生养系统设计认识到，最终的结果是以最佳和高效的生长速度生产鱼类和植物，因此也认识到需要某种形式的额外营养来满足总的植物营养要求（Rakocy 等人，2006 年；Suhl 等人，2016 年）。 经典的、完全循环的水生养系统通常依赖鱼类饲料（在鱼类消耗该饲料后，代谢它并利用其中的营养物质）作为植物的主要营养来源，并通过某种缓冲方式补充植物所需的任何缺失的营养物质（Rakocy 等人，2006 年）或通过补充营养素（例如，将螯合营养物直接添加到培养水中，或通过叶面喷雾添加营养物质）（Roosta 和 Hamidpour，2011 年）。 这种经典的循环水上乐园方法的最佳例子是詹姆斯·拉科奇博士及其 UVI 团队开发的 UVI（维尔京群岛大学）水生系统（Rakocy 和 Hargreaves 1993 年；Rakocy 等人，2006 年）。 UVI 设计主要通过添加鱼饲料来增加鱼类和植物培养的营养物质。 然而，鱼饲料中含有足够的钙（Casup+/SUP）和钾（KSup+/SUP）以实现最佳植物培养。 通过细菌介导的鱼废水溶解氨转化为硝酸盐，导致水柱内全系统产生氢离子，而这些氢离子的增殖导致系统水 pH 值不断降低到酸。 所采用的缓冲方法将基本盐（通常是基于碳酸盐、碳酸氢盐或羟基离子与钙或钾配对的盐）添加到系统中，以帮助控制系统水的 pH 值，达到鱼类和植物, 同时提供植物所需的额外钙和钾 (Rakocy 等人, 2006 年). 此外，UVI 系统通过定期和受控制的螯合物添加了另一种用于植物生长的主要营养素，标准鱼饲料铁 (Fe) 中没有提供。 因此，通过这两个额外的营养供应机制获得鱼饲料中没有的植物所需的钾、钙和铁（Rakocy 等人，2006 年）。 分离的水生设计采用一种方法来养殖鱼类和植物，其方式是鱼类使用水，鱼类废物的养分被提供给植物，而不会将水再循环回鱼类（Karimanzira 等人，2016 年）。 因此，分离式设计允许在鱼类使用后更灵活地定制水化学，从而优化植物生产，因为鱼类饲料中不存在的营养素（和鱼类废物）的补充可以在不考虑水回归鱼类的情况下实现（Goddek 等人，2016 年）。 这意味着分离式设计可能会将更严格的营养混合物和强度应用于培养水、鱼后使用、植物培养，而且可以通过更严格和更强烈的营养补充来实现这一目标。
· Aquaponics Food Production Systems5.3 一般原则
尽管水生物的定义尚未完全解决，但有一些一般性原则与广泛的水生生物方法和技术有关。 尽可能最佳和有效地利用水生养系统中添加的营养物质来生产企业的两种主要产品（即鱼类和植物生物量）是与该技术相关的重要和共同的第一原则（Rakocy 和 Hargreaves 1993；Deleide 等人，2016 年；Knaus 和 Palm(2017 年)。 向一个系统添加营养物质 (在金钱、时间和价值方面具有固有成本) 没有用处，以便观察这些营养物质的高比例被划分为与生产的鱼类和植物或任何中间生命没有直接关系的过程、要求或结果可以帮助鱼类和植物获取营养素的形式（例如微生物 —— 细菌、真菌等） （伦纳德 2017 年）。 因此，与水生鱼类有关的最重要的一般原则可能是尽可能有效地利用应用的营养物质，以实现鱼类和植物的最佳生产。 同样的论点也可适用于有关水生系统的用水需求；同样，添加到该系统的水应主要由鱼类和植物使用，并尽可能有效地使用，不允许泄漏到不直接的过程、生命形式或结果与鱼类和植物生产相关，或可能对周围环境产生影响（伦纳德 2017）。 实际上，营养物质和水的有效利用导致了一些设计原则，这些原则被广泛应用于水生生物法： 最重要的原则是将鱼类产生的废物作为植物的主要养分来源。 事实上，这是水上乐器的整个想法，因此应该是该方法的一阶驱动程序。 Aquaponics 历来被视为一种使用鱼类水产养殖废物种植植物的系统，以便这些水产养殖废物对环境的影响较小，并被视为一种积极和有利可图的商品，而不是一种带有相关成本的麻烦废物产品，以满足环境立法要求 (拉科奇和哈格里夫斯 1993 年; 爱等人. 2015 年 a, b). 该系统的设计应鼓励使用鱼类养殖和植物养殖技术，这些技术本身不会吸收或破坏性地利用所添加的水或养分资源。 例如，不鼓励以土池为基础养鱼组成部分，因为土池有能力使用和使相关鱼类和植物无法获得水和养分资源，从而降低了该系统的水和养分利用效率。 同样，水培植物培养方法不应使用摄取过多营养物质或水的培养基，并导致植物无法使用这些培养基（Lennard 2017）。 系统设计不应通过生产外部废物流而浪费养分或水。 主要是，如果水和营养物质通过废水流离开系统，那么水和这些营养物质就没有被用于鱼类或植物生产，因此，水和这些营养物质正在被浪费，而且该系统的效率也不够高。 此外，废物流的生产可能对环境产生潜在影响。 如果废水和营养物质确实离开了水生系统，它们应用于替代的、外系统之间的植物生产技术，以避免水和养分浪费，有助于食用或可销售的生物质的整体生产，并且不会对环境产生更广泛的影响潜力（泰森等人，2011 年）。 该系统的设计应当是降低或理想的，完全消除水或营养物质对环境的直接影响。 水生养殖的首要目标是将鱼类产生的废物作为植物的养分来源，以免这些营养物质直接排放到可能造成影响的周围环境 (Tyson 等人，2011 年)。 Aquaponic 系统设计最好能够位于环境控制的结构和情况下（例如温室、鱼室）。 这使得该系统有可能实现鱼类和植物的最佳生产率。 大多数水生设计在资本成本和持续生产成本方面相对较高，因此，在完美的环境中容纳系统的能力增强了利润潜力，从而证明了高资本和生产成本（Lennard 2017）。 以上概述的设计原则与一套常规原则直接相关，这些原则经常适用于水生产环境，但并非总是适用于水生产环境。 这些一般原则涉及该系统的运作方式以及如何在系统及其居民中分配营养物质。 在营养物的动态背景下，水生鱼的基本前提是鱼饲料，鱼代谢和利用鱼饲料中的营养物质，根据它们未使用的鱼饲料中的物质释放废物（包括元素），微生物群接触这些鱼的代谢废物并使用他们的少量, 但转换其余, 和植物然后访问和删除这些微生物区系转化, 鱼代谢废物作为营养来源，并在一定程度上，清洁这些废物的水介质和抵消任何相关的积累 (Rakocy 和 Hargreaves 1993; Love 等人. 2015a, b). 由于以土为基础的鱼类生产系统本身去除养分，水产养殖系统通常采用所谓的循环水产养殖系统原则来处理鱼类生产组成部分（Rakocy 和 Hargreaves，1993 年；Timmons 等人，2002 年）。 鱼被储存在由不从水中去除养分的材料（塑料、玻璃纤维、混凝土等）制成的水箱中，过滤水处理或去除鱼类的代谢废物（固体和溶解的氨气体），然后将水（和相关营养物质）引导至植物养殖组成部分使用鱼类废料作为其营养资源的一部分 (Timmons 等人, 2002 年).
· Aquaponics Food Production Systems5.2 水族学的定义
水产养殖与综合农业-水产养殖系统 (IAAS) 的更广泛定义相吻合。 然而，IAAS 在许多情况下应用了许多不同的水生动植物生产技术，而水产养殖与水生或水培植物培养技术（如循环水产养殖系统；RAS）相结合的关系更为紧密。伦纳德 2017 年）。 RAS 技术应用保存和标准的鱼类养殖方法，通过应用过滤来控制和改变水化学，使其适合鱼类（即快速高效地去除固体鱼废物，高效、细菌转化潜在有毒溶解的鱼类废物氨降低硝酸盐毒性, 并通过辅助曝气或直接注入氧气来维持氧气) (Timmons 等人, 2002 年). 水培和基质培养技术应用保护和标准的方法来培养水生环境中的食用陆地植物（即植物通过水基输送方法获得生长所需的营养物质）（Resh 2013）。 水产养殖与标准 RAS 水产养殖和水栽培/基质培养的关联意味着水产养殖通常被简单地定义为 “… 在耦合或分离水循环下鱼类生产（水产养殖）和无土植物栽培水培的组合”（Knaus 和 Palm 2017）。 这一宽泛的定义强调硬件、设备或技术的整合，而且很少强调该方法的任何其他方面。 由于 Aquaponics 是一种相对较新的工业规模技术，它采用了不同的方法和方法，因此应用的定义似乎非常宽泛。 有些人仅在循环环环境中对水生进行定义（Cerozi 和 Fitzsimmons 2017），有些人专注于不将水从植物返回到鱼类的方法（Delide 等人，2016 年），另一些则包括循环和分离方法（Knaus 和 Palm 2017）。 此外，一些研究人员正在将灌溉水产养殖污水用于土壤作物生产的水产养殖污水纳入水生产（Palm 等人，2018 年）。 从历史上看，按照这个词的细分（* 水产 * 养殖和水文 * 种子 *），水产养殖被定义为仅涉及水产养殖和水培植物生产（Rakocy 和 Hargreaves 1993），因此目前试图与土壤培养相关联的尝试似乎不协调。 ！ 图片-3 ** 图 5.1** 水生系统内营养素流动的示意图。 鱼饲料是主要的营养切入点。 鱼吃饲料，使用他们需要的营养物质，释放其余的废物，然后将这些废物分割在微生物、植物和系统水之间。 （改编自伦纳德 2017 年） 虽然水生养殖系统确实将基于水箱的水产养殖技术与水培植植物培养技术相结合，但水生系统的工作方式是向生产居民（鱼类和植物）和提供生物和化学服务的居民提供营养物质，并在他们之间划分营养物质，有助于生产居民结果（微生物群落）（图 5.1）（伦纳德 2017）。 因此，水上乐园是否更像是一个与营养物供应、动态和分区相关的系统，而不是与应用的技术、设备或硬件相关的系统？ 在过去的几十年中，水生动物的定义已经包括了类似的主题，有微妙的变化。 Rakocy 及其 UVI 团队的科学出版物一般都提供了最广泛的定义，例如：
· Aquaponics Food Production Systems5.1 导言
Aquaponics 是一种被称为综合农业-水产养殖系统（IAAS）的更广泛农业方法的一个子集技术（古利和 Gavine，2003 年）。 这一学科包括将各种形式和风格的水产养殖做法（主要是鳍鱼养殖）与植物农业生产相结合。 综合农业-水产养殖系统的理由是利用水产养殖与植物生产之间共享的资源，例如水和养分，发展和实现经济上可行和环境上更可持续的初级生产做法（Gooley 和 Gavine，2003 年）。 实质上，陆地植物和水生动物生产系统都有一个共同的资源：水。 植物通常通过蒸腾消耗水，并将其释放到周围的气态环境中，而鱼类的水消耗量一般较低，但由于积累的代谢废物，它们的封闭培养物会产生大量废水流。 因此，水产养殖可以以非消费性的方式纳入植物生产的供水途径，以便通常用于生产一种作物（植物）的水源生产两种作物（鱼类和植物）。 将水产养殖与植物生产灌溉供应途径结合起来的另一个令人感兴趣的好处是，水产养殖也通过鱼类（和其他水生动物）新陈代谢产生的溶解和未溶解废物产生废物养分。 因此，水产养殖也可能产生适合和协助植物生产的废物养分流，满足植物的营养要求。 Gooley 和 Gavine（2003 年）将水产养殖与传统陆生和水生植物生产系统相结合带来的优势归纳为： 提高农业生产力和盈利能力，而不增加水消费量 ([第 2 章](社区/文章/第 2 章 — — 关闭有限的水土地和营养资源的周期))。 农场多样化，转向价值较高的作物，包括高价值的水生物种。 重新利用其他原因浪费的农场资源 (例如捕获和再利用养分和水)。 减少半密集型和密集型农业做法对环境的净影响。 通过抵消现有农业资本和运营开支而获得的净经济效益 ([第 18 章](社区/文章/第 18 章商业-水产-远程道路))。 Aquaponics 据说是从相对古老的农业做法演变而来的，将鱼类养殖与植物生产相结合，特别是在东南亚、水稻稻养殖环境和南美 Chinampa、浮岛、农业实践（科米夫人和荣格 2015 年). 事实上，从历史上看，直到十九世纪（Halwart 和 Gupta，2004 年），鱼类很少被积极添加到稻田中，而且密度很低，无助于对这些植物提供大量的营养援助。 Chinampas 传统上建立在墨西哥湖泊，其中营养 优势可能是通过富营养或半富营养湖泊沉积物提供的，而不是直接从任何设计或积极集成的鱼类生产系统获得的（莫雷哈特 2016；巴克达诺 1993）。 20 世纪 70 年代开始于美国，并由几家对更可持续耕作方法感兴趣的机构共同发展。 早期的重要工作是由几位研究人员进行的，但最终，几乎所有现代水上乐器的祖先被认为是詹姆斯·拉科奇及其在维尔京群岛大学（UVI）的团队从 20 世纪 80 年代初开始的工作和生产的系统（Lennard 2017）。 Aquaponics 现在被认为是一个新兴产业，在更广泛的全球农业生产环境中占有相关地位，而且鱼类养殖与水生植物培养相结合的技术有许多变化，这些技术在水生动物标语或名称下集体定义（克瑙斯和棕榈 2017). 因此，水上乐园试图通过各种方法将水养殖动物生产与水栽植物生产相结合，在主要生产组成部分之间共享水和营养资源，生产商业和可销售的鱼类和植物产品。
· Aquaponics Food Production Systems