AQu @teach：水生动物的分类
水生技术与其他综合技术之间的界限有时还不清楚。 Palm et al. (2018) 提出了一个新的水生生物定义，其中维持植物生长的大部分 (> 50%) 养分必须来自喂养水生生物的废物。
较窄意义上的水生生物学（水生生物 sensu stricto）仅适用于具有水培的系统，而不使用土壤。 将鱼类与藻类生产结合起来的一些新的综合水产养殖系统也属于这一概念的范围。 另一方面，广义上的水生生物一词 (aquaponics sensu lato) 可适用于包括园艺和作物生产技术在内的各种系统，这些系统利用包括土壤在内的不同基质的矿化过程、缓冲和营养储存功能。 棕榈等人 (2018) 为这些活动提出了 “水生养殖” 一词。
表 2：根据不同设计原则对水生生物进行分类，并附有每个类别的实例（改编自 Maucii et al. 2018）
| 设计目标 | 类别 | 示例 |
|---|---|---|
| 目标或主要利益攸关方 | 商业作物生产 | ECF 农场 |
| 家庭自给自足 | 萨默维 尔等人 2014 年 | |
| 教育 | 格雷伯 等人 2014 年 a 容格 等人 2014 年 | |
| 社會企業 | 莱德劳与玛吉 2016 | |
| 绿化和装饰 | 史尼茨勒 | |
| 尺寸 | 大尺寸（大于 1000 平方 米 ） | 蒙西 等人 2017 年 |
| M 介质（200-1000 平方 米 ） | 格雷伯 等人 2014 年 b | |
| 小型 (50 至 200 平方米) | 屋顶水上农场 | |
| XS 非常小（5-50 平方米 2 ） | 波德格拉伊舍克 等人. 2014 年 | |
| XXS 微型系统（小于 5 平方 米 ） | 毛耶里 等人 2018 年 喷嘴 等人 2016 年 | |
| 水产养殖室的操作模式 | 广泛（允许在生长床中集成使用污泥） | 格雷伯与荣格 |
| 密集型（强制性污泥分离） | 施毛茨 等人. 2016b 喷嘴 等人 2018 年 | |
| 水循环管理 | 闭环（“耦合” 系统）：水再循环用于水产养殖 | 格雷伯与荣格 蒙西 等人 2017 年 |
| 开环或管道末端（'分离' 系统）：在水培组件之后，水不是或仅部分回收到水产养殖组件 | 蒙塞 尔等人 | |
| 水类型 | 淡水 | 施毛茨 等人. 2016b 2015 年克莱门契奇与布拉克 |
| 咸水 | 喷嘴 等人 2016 年 | |
| 水培系统的类型 | 使用不同的媒介种植床 | Roosta 2012 年阿富汗贫困 布赫曼 等人 2015 年 |
| 喷嘴和流动系统 | 喷嘴 等人 2016 年 | |
| 成长袋 | 2010 年拉菲和萨阿德 | |
| 滴灌 | 施毛茨 等人. 2016b | |
| 深水种植（浮筏培养） | 施毛茨 等人. 2016b | |
| 营养膜技术 (NFT) | 伦纳德和伦纳德 戈德克 等人 2016a | |
| 空间的使用 | 水平 | 施毛茨 等人. 2016b 2015 年克莱门契奇与布拉克 |
| 垂直 | 2018 年汉达克与科岑 |
Aquaponics 可以实现各种目标或利益相关者，从研究和开发、教育和社会活动到自给农业和商业规模粮食生产。 它可以通过各种方式和环境实施，例如在干旱和污染土地、后院生产、城市农业等。虽然一个系统可以同时实现若干目标，包括绿化和装饰、社会互动和粮食生产，但通常不能实现所有这些目标。在同一时间。 为了令人满意地实现每个可能的目标，系统的各个组成部分必须满足不同的、有时是相互对照的要求。 针对特定情况选择合适的水生系统应以现实的评估为基础 (酌情包括合理的业务计划)，并应产生一个量身定制的解决办法。 如果我们遵循 Mauicii et al (2018) 的分类，该分类按照不同的类别（例如利益相关者的类型、操作模式、规模、水培系统类型等）对水生系统进行分类，则有几个不同的选择合适的水生系统的选项出现（表 2）。 任何决定都必须在现有预算范围内作出，尽管有可能以非常低的成本建造一个系统。
根据操作模式进行分类：广泛（集成污泥使用）和密集型（含污泥分离）
水生系统的一个组成部分是鱼缸，在那里喂鱼，通过它们的新陈代谢，粪便和氨被排出到水中。 然而，高浓度的氨对鱼有毒。 通过硝化细菌，氨转化为亚硝酸盐，然后转化为硝酸盐，这对鱼类相对无害，是种植蔬菜等作物的最佳氮素形式。 通过使用为生物膜生长提供适当支撑的基材（例如砾石、沙子和膨胀粘土），广泛的生产将生物滤清器和污泥直接集成在水培装置内。 密集生产使用单独的生物过滤器和污泥分离系统。 这两种操作方法都有其优点和缺点。 虽然集成的污泥使用可以完全回收营养物，但负面方面包括浊水，以及较低的生物过滤性能，这只允许有限的鱼放养。 另一方面，单独去除污泥和生物过滤器允许集中放养高达 100 公斤或更多公斤/立方米 3 的鱼类。 积极的方面包括清澈的水、较低的 BOD（生化氧需求）浓度、较低的微生物负荷和优化的生物过滤器性能。 然而，这些系统只允许部分营养物回收。 可能需要额外的污泥处理步骤（现场或场外），例如连接污泥生物消化器或粉尘处理（Goddek _et al._2016b）。
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图 4：集成污泥使用的 Aquaponic 系统
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图 5：含污泥分离的水生系统的可能布置
#水周期管理
** 闭环 **（耦合）系统：水生系统可以作为循环循环构建和操作，水流在两个方向上移动，从鱼盆到水培单元，反之亦然。 水从 RAS 不断流通到水培单元，然后回到 RAS。
** 开环 ** 系统：最近，对每个系统单元的独立控制有所发展，主要是因为鱼类和植物的环境要求不同。 这种系统可以独立控制水产养殖、水栽培以及（如果适用）鱼类污泥再矿化，被称为分离水生系统（DAPS）。 分离式水泵系统由一个通过单向阀连接到水培单元（带附加储油箱）的 RAS 组成。 水在每个系统内单独循环，并按需从 RAS 提供给水培单元，但水不会回流（Goddek et al. 2016a；Monsees et al. 2017)。
图 6 显示了耦合和分离水联组件的示意图。 在由直接连接到水培装置（绿色：NFT 托盘）的 RAS（蓝色：养殖罐、澄清器和生物滤清器）组成的耦合（闭环）系统中，水不断从 RAS 流向水培单元，然后回到 RAS。 在分离（开环）水泵系统中，由 RAS 通过一个单向阀连接到水培装置（带附加储水池），水在每个系统内单独循环，并按需从 RAS 向水培单元供水，但不会返回 RAS。
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图 6：耦合（左图）和解耦（右图）水生电子设备的示意图。
#水系统用于水系统的类型
# 营养膜技术
在营养膜技术 (NFT) 系统中，鱼缸中的水通过水平 PVC 管的底部在薄膜中传递。 这些管道有孔切成顶部，其中植物生长在这样一种方式，他们的根部悬挂在水中流动的底部。 水箱水中的营养物质被植物吸收，由于它们的根部只是部分浸没，因此它们也可以接触到大气中的氧气。
表 3：NFT 的优缺点
| 优势 | 缺点 |
|---|---|
恒定水流 需要小型水槽 易于维护和清洁 需要较小的水量 轻水培基础设施，非常适合屋顶耕作 | 需要事先过滤以防止根部堵塞 昂贵的材料 不稳定的系统（如果水较少） 仅适用于种植根系较小的绿叶蔬菜和草药 对温度变化敏感 |
！ [图片-图片-https://cdn.farmhub.ag/thumbnails/072287ac-bf29-4957-943b-5f31ef9c76d0.jpg
图 7：营养膜技术（NFT） 左 — 整个系统的图。 右 — 系统的照片（照片 ZHAW）
媒体床技术
媒体填充床单元是小规模水上乐器最受欢迎的设计。 这些设计有效利用空间，具有相对较低的初始成本，并且由于其稳定性和简单性，适合初学者。 在介质床单元中，介质用于支撑植物的根部，并发挥机械和生物过滤器的功能。
表 4：介质床技术的优缺点
优点 | 缺点 |
|---|---|
生物过滤：medum 作为硝化细菌的基材 作为固体过滤介质 矿化直接发生在生长床 基底可以被广泛的微生物群落殖民，其中一些可能会产生有益的影响有 | 些介质和基础设施非常沉重：并不总是适合屋顶耕作 可能变得笨拙和相对昂贵，在较大规模 的范围内维护和清洁很困难 堵塞可能会导致水输送、生物过滤效率低下，因此， 如果鱼放养密度超过床的承载能力，介质可能会堵塞，这可能需要单独过滤 。暴露在阳光下的表面面积增 加如果采用了洪水和排水方法，大尺寸非常重要，并且需要一个大型的水槽 |
！ 图片-2Figure 8: 媒体床技术. 左 — 整个系统的图。 右 — 从 ZHAW 韦登斯维尔的一个例子（图片：罗伯特·容格）
# 深水或浮筏培养
深水培养 (DWC) 系统使用聚苯乙烯 ‘筏’，它漂浮在约 30 厘米的水上。 木筏有孔，其中植物生长在净盆中，使它们的根部沉浸在水中。 木筏也可以放置在鱼缸中直接漂浮，也可以将水从水箱泵送到过滤系统，然后进入含有一系列木筏的渠道。 一个曝气器为水箱中的水和装有木筏的水提供氧气。 由于根部没有介质坚持，这个系统只能用于种植绿叶或草药，而不是较大的植物。 它是最受欢迎的系统，用于商业目的，由于速度和易于收获。
表 5：深水培养的优缺点
优势 | 缺点 |
|---|---|
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图 9：深水或浮筏培养 左 — 整个系统的图。 右 — 生菜生长在一个泡沫木筏与根悬浮在水中
空间利用：水平和垂直系统
大多数水生系统使用水平种植槽或床，仿效传统的陆基耕地种植蔬菜。 然而，多年来，新的生活墙和垂直耕作技术的出现和演变，当与水生养殖系统的水产养殖部分联系起来时，可以让更多的植物垂直生长而不是水平生长，从而提高系统的生产力（[Khandaker & Kotzen 2018]（https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/are.13601))。
** 水平系统 ** 具有高效利用日光的优势，即使在冬季，也可以在无需额外照明的情况下正常工作。 因此，他们具有较低的电能消耗。 初始投资成本为中/低，特别是在土地价格低的情况下。
** 垂直系统 ** 提供了最佳节省空间的解决方案，使其非常适合城市设施，无论是装饰用于超本地食品生产。 然而，他们需要生长灯以上的生长床。 它们还需要较少的水泵，但功率较高，所有这些都导致更高的电力消耗。 初始投资成本也很高。
- 版权所有 © Aqu @teach 项目合作伙伴。 Aqu @teach 是伊拉斯穆斯 + 高等教育战略伙伴关系（2017-2020 年），由格林威治大学牵头，与苏黎世应用科学大学（瑞士）、马德里技术大学（西班牙）、卢布尔雅那大学和纳克洛生物技术中心（斯洛文尼亚）合作 。 *