AQu @teach：监控简介

科学参数

** 科学参数 ** 是从一组数据中选择的可定义或可测量的特征或值。 ** 变量 ** 是指可能存在于不同数量或类型中的任何因子、特征或条件。 在实验科学中，通常有三种类型的变量：1) 独立变量，2) 依赖变量和 3) 受控。 ** 独立变量 ** 是实验者为测量或观察响应或效果而更改的变量。 ** 相关变量 ** 是对独立变量所做更改的测量响应。 ** 控制变量 ** 是在实验中保持不变的变量。

让我们用一个水生系统的假想实验来说明这些变量。 我们感兴趣的是鱼类的总质量如何影响与水培单元相连的鱼缸中的氨生产。 鱼缸和水培装置中的氨浓度将以克/升为单位测量。 饲料量和速率将保持不变，而鱼类的总重量将随鱼放入鱼缸而变化。 在这个假想的实验中，鱼的总质量是独立的变量（这是我们正在改变的），氨浓度是依赖变量（这是我们感兴趣的 — 这是我们测量的，作为对鱼质量变化的响应）。 各种变量，例如饲料量、喂食速率、鱼类总质量变化之间的时间间隔、鱼缸和水培单元的水温、生物过滤器的表面积、水培单元中的植物数量等，都必须保持不变，以便能够保持稳定。仅衡量改变鱼类总质量对氨产量的影响, 因此它们是受控变量.

必须指出，科学实验（或监测中相同参数的测量）是以倍数（通常是三倍）进行的，以便验证经验数据或观察到的结果。 三个复制通常足以排除任何潜在的异常值（如果其他两个测量值一致）。 然后获得此类测量的平均值（在称为算术平均值的统计数据中），以提高结果的精度。 还应计算三个复制物的标准差 (SD)，以便报告数据之间的变异性。 较低的标准差是可取的。 不要忘记在测量值中包含单位。 计算算算术均值和标准差的方程如下所示：

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位置： $\ bar {x} $ = 算术平均值

$_1、_2、_3、_n$ = 数据集中的单个值 = 集合中的数据点数（“x” 值的数量）

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位置：

= 标准差

σ = 求和符号

= 数据集中的每个单独值

= 算术平均值

= 集合中的数据点数（“x” 值的数量）

为什么要监视器?

从两个角度来看，需要监测水产生：** 立法 ** 和 ** 管理 **。 水产学的整体性意味着，它在欧盟一级的政策方面属于若干不同的立法类别。 共同渔业政策 (CFP) 和 共同农业 政策 (CAP), 以及食品安全、动物健康和福利、植物健康和环境立法等方面的政策，都可能适用，具体取决于系统的运作特点。 在水生产过程中需要遵守的法律法规包括但不限于：

-水框架指令（2000/60/EC）（WFD）—— 除其他外，世界粮食处规定了监测、取样和分析排入水道的废水的规则。 它还要求成员国在本国内建立监测制度, 其中往往包括对排放场进行检查, 以分析废水

-硝酸盐指令 (91/676/EEC) 规定了可排放的废水的参数限制

-食品安全法规，将在本教科书 第 10 章 中详细介绍

-动物福利和鱼类健康条例，如 第 91/496/EEC 号指令，其中规定了对从第三国进入欧盟的动物进行兽医检查的原则

在大多数国家，政府机构将提供帮助，使水产农民符合法律规定，因此，他们应向主管当局寻求有关其特殊情况的全面信息（[Joly 2018]（http://euaquaponicshub.com/hub/wp-content/uploads/2016/05/Regulations-factsheet.pdf))。

定期监控参数是水生系统管理、操作和维护不可或缺的一部分。 监测水质以及鱼类和植物的健康状况将表明该系统的运行情况如何，并具有显著的成本效益。 保持良好的测量记录可大大有助于观察趋势和诊断未来问题。 重要的是要记录你的所有读数。 氨、亚硝酸盐、溶解氧和 pH 值等参数可以指示系统是否性能不佳。

识别有问题的参数（即超出所需范围）有助于操作员快速解决问题，并将水生系统的功能恢复到最佳水平，从而实现最高的鱼类和植物产量。

#不同的监测方法

测试水生水质的监测方法从非常简单和廉价到复杂，涉及昂贵的分析设备。 最简单和最便宜的方法是使用测试条，你淹没在水中。 它们含有一种试剂，当它接触到水时会改变颜色。 这种反应的强度可以与试剂盒提供的颜色图进行比较，后者可以比较准确地测量正在测试的内容。 这些工具包往往便宜且易于使用，虽然由于它们是一种消耗材料，因此需要不断补充库存。 但是，这些通常只能在有限的范围内使用。 例如，一些 pH 测试条只能在 5 到 8 的 pH 范围内工作。 如果水生系统中的 pH 值超出该范围（低于 5 或以上 8），则试验条可能会产生错误结果。

在复杂性和成本方面，下一个水平是使用化学试剂和颜色图表进行测试。 在这里，样品被放入一个小试管中，并根据说明添加试剂滴。 发生反应，并将试管中溶液的颜色与试剂盒附带的颜色图进行比较。 这些测试的价格各不相同。 这些测试的更精确和先进版本使用分光光度计测量颜色。

光谱法是一种利用光吸光度的定量分析方法。 通常对水样品进行离心处理以去除悬浮固体，并添加特定于所需试验的试剂。 然后将其放置在分光光度计中进行分析。 然后，分光光度计给出的读数可以与该特定化学参数的已知标准曲线相关，从而得到浓度。 一些制造商还提供测试套件，以便更快地进行分析，而无需使用校准曲线，这些套件可用于各种水质参数。

最先进和成本最高的监测方法涉及使用探头和电子仪表。 它们存在于单参数配置或多探头单仪表配置中。 探头连接到数字电子仪表并浸入水中。 连续在线监测器也可以安装在鱼缸内，探头与水持续接触。 与前面描述的测试相比，它们的成本更高，但是，它们是最准确的监测仪器，测量范围最大（Klinger-Bowen * 等人 * 2011)。

所选择的监测方法通常与水生系统的大小和生产力水平有关。 专业商业系统通常采用连续在线监测溶解氧 (DO)、水位和电力供应。 另一方面，业余爱好后院系统往往依靠最简单、最便宜的方法，例如试纸，甚至只是对水浊度、生物过滤器中的氧化、植物和鱼类健康状况进行视觉检查。

监控参数的分类

在水生系统中需要监测的参数包括水质、鱼的健康状况和植物的健康状况，可分为以下类型：1) 化学品、2) 物理学和 3) 生物学。 化学参数与水的质量有关，包括 pH、DO、氨、亚硝酸盐、硝酸盐、磷含量和水硬度。 物理参数包括水和空气温度、相对湿度和紫外线光强度。 生物参数可以直接了解系统性能，包括鱼类和植物的质量和健康状况、植物中的营养素缺乏、藻类污染以及其他微生物参数。 水生生物单元中的每个生物 —— 鱼类、植物和生物过滤器中的细菌 —— 对每个物理化学参数都有特定的耐受范围（表 1）。 所有三种生物的耐受范围都相对相似，但需要妥协，因此有些生物可能无法达到最佳水平（萨默维尔 *等人 * 2014a）。

表 1：鱼类（温水和冷水）、植物和硝化细菌的最佳生理化学参数范围

我们的目标是保持一个健康的生态系统，其物理化学参数以及满足鱼类、蔬菜和细菌同时种植要求的其他参数。 有时候，需要积极控制水质，以达到这些标准，并保持系统正常运行。

监控频率

监控频率因所监控的参数而异。 作为一般规则，启动系统（在植物和动物的初始储存时）应每天进行测试，以便在需要时迅速作出调整。 例如，可以降低喂养水平，增加曝气，或者可以对水进行稀释，以响应高氨水平。 一旦营养周期得到平衡（至少 4 周后，参数没有显著波动），每周监测通常足以保持良好的水质。 但是，如果怀疑存在问题（鱼的外观或行为发生变化，植物缺乏指标），则应恢复对水质进行更频繁的监测。 因此，每天监测鱼类和植物的健康是至关重要的，以便及早发现潜在的问题。 保持良好的监测参数记录也非常重要，例如鱼的外观和行为（正常/不正常）、植物的外观（正常/不健康的外观）以及水化学参数（pH 值、DO、氨、亚硝酸盐、硝酸盐）。 通过这种方式，可以更容易地识别潜在问题的原因，如果问题再次出现，则可以快速实施以前运作良好的修正案（Sallenave 2016；萨默维尔 * 等人 * 2014 年 a)。 数据日志手册的示例如图 1 所示。

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图 1：监控数据记录表的示例。 表中的 SS 代表 “示例站点”

• 版权所有 © Aqu @teach 项目合作伙伴。 Aqu @teach 是伊拉斯穆斯 + 高等教育战略合作伙伴关系（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 。 *