Aqu @teach：当前水上乐器的研究主题

2020年9月3日 · Aqu@teach

#技术的发展情况

正如我们上面所看到的，成功的水生系统的设计取决于用户组。高产量、无土生产需要高度的技术投入（泵、曝气器、记录器）和知识，因此主要适用于商业运营。然而，完全可以设计和操作低技术水上乐器系统，这些系统需要较少的操作技能，并且仍然能够产生可观的结果。这意味着取舍（高技术/低技术）和广泛应用水产生了技术、系统设计和社会经济方面的进一步发展途径的影响。 Aquaponic 技术至少可以在两个方向上发展：一方面朝着低技术解决方案（可能主要是在发展中国家和非专业应用）；另一方面，朝向高效率的高科技设施（主要是在发达国家和专业/商业伙伴) (容格 * 等人 * 2017).

虽然技术本身并不限制农场的一个面积 (因为它可以是模块化的)，但城市农场的规模取决于：(i) 可用区域的特点，在一个城市中必然是零散的 (棕地、利用不足或空置的建筑和屋顶)；(ii)作物生产经济学造成的限制. 作为一个经验法则，即使商业运营也需要突破的面积约为 1000 平方 ^米。爱好和后院安装当然可以小得多。 Aquaponic 农场可以通过增加操作系统（或模块）的数量或垂直扩展，尽管如果不大幅度增加建筑和能源成本，那么 Aquaponic 农场可以增加/扩展。 ^{^{由于空间、经济和管理方面的限制，城市水上养殖场的规模范围可能在 150 平方米至 3000 平方米之间，但这足以满足部分城市人口对各种新鲜蔬菜的基本要求。}} 城市周边的水生养殖场可以规模较大，并加以修改，以包括内陆水产养殖系统，或在农村地区重新利用营养丰富的废水或堆肥鱼类污泥。

Aquaponic 技术本身可以被认为是不成熟的，因为还有一些问题有待解决。简单地将最先进的水产养殖系统与最先进的水培系统联系起来并不考虑其他因素，例如鼓式过滤器堵塞、定居者效率低下、氧气失效、定居者设计不佳以及水管堵塞等问题。尽管植物生长床（NFT、滴灌、深水培养）的影响在水培系统中已经是众所周知的，但需要进一步研究在水培系统中选择这些床位，因为这将对生产力和运行产生影响。还需要在其他领域进行进一步的研究。由于微生物无处不在，它们在水生产的所有阶段都发挥着重要作用。可以研究环境条件对其丰度、多样性和作用的影响，例如通过进一步使用新一代测序方法（Schmautz *等人 * 2016a）。其中一个核心问题是对水生生物系统进行适当的虫害和疾病控制。 [比特桑什基 * 等人 * (2016b)] 讨论了与水生植物保护相关的问题。 (https://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/38826907/Komives_ePoster_IPPC2015_A.pdf?AWSAccessKeyId=AKIAIWOWYYGZ2Y53UL3A&Expires=1543271376&Signature=hr3NNJGm4uGjvio4nJOr8YVTL1U%3D&response-content-disposition=inline%3B%20filename%3DPlant_protection_in_ecocycle-based_agric.pdf) 他们的结论是，由于非常可用于水生植物保护的工具很少, 因此应当强调采取预防措施, 尽量减少虫害和病原体的渗透. 另一方面，目前可用于有机农业的生物虫害控制方法必须适用于水生动物 (见第 8 章)。

如果要将水生设备开发成为一种成功的高科技食品生产方法，就必须把重点放在减少人力需求上。虽然有些自动化已经发展得很好（用于浇水和喂料、在线监测和许多参数，特别是氧气报警），但需要对其进行改进，以便能够更精确和更高劳动效率的操作，这将需要开发合适的传感器。减少人力的一种选择可能是使用机器人。应该开发类似于 FarmBot 的多功能系统，专门用于水生动物。

系统设计趋势

虽然水上乐器具有可持续发展的潜力，但对水生动作和产品的综合生命周期分析 (LCA) 研究却很少（Forchino *等人 * 2017；Maucheli *等人 *. 2018)。然而，显然可以通过利用可再生能源、开发日光收集方法以避免使用电能、利用预处理或回收的水或雨水，以及改善温室气候控制，进一步改善水生生物对生态的影响。在城市环境中，应进一步将水生物融入建筑物中，以便在温室和建筑物之间进行天然气、水和能源交换。在有机材料循环方面也需要改进。鱼饲料是主要的养分投入，在很大程度上决定了作业的可持续性。 Aquaponics（就像 RAS 一样）需要鱼类的最佳营养，鱼饲料应该由可持续的当地材料（有机、素食、昆虫）组成。水生循环应进一步封闭，方法是消化鱼污泥，以便重复利用水生系统中的营养物质，或者在植物残留物上饲养红虫和/或昆虫并将其用于鱼饲料，同时将残留的鱼污泥和植物废物堆肥。目标是在农场实现零废弃物概念，以减少碳足迹。关于温室气体排放的研究可以使这一情况更加完整。最后，应进一步探讨在水生动物中使用新生物（如水生植物、海洋鱼类、藻类和海藻、甲壳类动物等）的可能性，以扩大生态循环。如下一节所述，新的水产养殖和植物产品也可能对该技术的经济可行性产生影响。

#社会经济研究

目前，水上乐器是一个规模小但新兴的商业部门。虽然粮食生产是行动的基本目标，但它往往与旅游业和教育结合起来，以提高盈利能力。由于其相对较新的技术跨部门方法，水生公司在欧洲现有法规中没有明确的法律地位（Jolly et al. 2015）。虽然在美国，水生产产品可以被认证为有机产品，但在欧洲，目前这种认证是不可能的，因为水生产涉及无土植物生产和 RAS，这两者都是欧盟有机法规不允许的。

尽管水生动物作为一种食品生产技术具有潜力，但仍有待解决的问题。正如我们在上面所示，水上乐园是社交媒体的一个突出话题，但对消费者知识和接受程度的了解甚少，这些知识需要在不同的文化和市场环境中加以理解。一般来说，我们对于如何向消费者传达水上乐器的可持续性优势，比如口感、新鲜度、健康和价格等产品质量（Newman *等人 * 2014）还不够了解。

到目前为止，大多数关于水生物的研究都集中在发展功能性设施上。提高盈利能力的一个方法是提高效率. 有效利用替代能源、水和回收有机废水将节省生产成本，但需要根据较高的投资成本对其进行评估。为了增加商业生产，还必须根据循环经济和地方经济的新思想发展新的商业模式，但管理接口则会增加复杂性。在这方面，需要解决运营成本的框架条件、当地物流以及蔬菜和鱼类购物行为的决定因素等问题。除了提高技术效率之外，还存在业务管理方面的问题，探索新的运输敏感作物品种，以避免与专业园艺竞争，从而获得足够高的市场价格，也许很有意思。然而，将新技术与新产品结合起来也会增加企业家的不确定性。

Aquaponics 对教育工作者尤其有用：即使是一个小型的教室系统，也提供了从小学到大学的不同教育级别的广泛教学机会（见 [第 15 章]（https://https://learn.farmhub.ag/articles/) 设计师和建筑师提供美观设计；(二) 社会科学家帮助更广泛的受众了解水上乐器的看法和接受程度；(三) 健康和营养科学家探讨如何将水生产品纳入成为健康和可持续生产的食物。还需要建立向系统开发人员以及植物和鱼类生理学家提供的反馈回路，以便在消费者需求、可持续性和产品营养价值方面改进系统。

系统设计趋势

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