水生装置的设计

站点选择

场地选择是一个重要的方面，在安装水生装置之前必须考虑。这一部分通常是指在户外建造的没有温室的水生装置。然而，对于较大单位的温室和遮阳网结构，也有简短的评论。重要的是要记住，系统的一些组件，尤其是水和石材介质，很重，难以移动，因此值得在其最终位置构建系统。选定的地点应位于稳定和水平的表面上，位于受到严酷天气保护但暴露在大量阳光下的区域。稳定性一定要选择一个稳定和水平的网站。水生系统的一些主要组件很重，导致系统腿部沉入地面的潜在风险。这可能导致水流中断、洪水或灾难性崩溃。找到可用的最高水平和坚实的地面。混凝土板是合适的，但不允许埋葬任何部件，从而导致绊倒危险。如果该系统是建立在土壤上，它是有用的分级土壤和放下材料，以减少杂草。此外，将混凝土或水泥块放置在生长床的腿下，以提高稳定性。石屑通常用于平整和稳定土壤位置。此外，将鱼缸放在底座上也很重要；这将有助于提供稳定性，保护水箱，允许在水槽底部进行管道和排水，并将其与地面隔离。 # 暴露于风雨和雪极端环境条件可能会对植物造成压力并破坏结构（图 4.14）。强风对植物生产产生相当大的负面影响，并可能对茎和生殖部分造成损害。此外，强雨可能会损害植物和损坏未受保护的电源插座。大量雨水会稀释营养丰富的水，如果没有集成溢出机制，可能会淹没系统。雪会导致同样的问题与大雨相同，加上冰霜损害的威胁。建议将系统放在风保护区内。如果暴雨常见，可能需要使用塑料衬里的环形屋来保护系统，尽管并非所有地点都必须这样做。！ # 暴露于阳光和阴影阳光是至关重要的植物，因此，植物需要在白天接收最佳量的阳光。大多数常见的水生植物在充满阳光条件下生长良好；但是，如果阳光太强，可以在生长床上安装一个简单的遮阳结构。一些对光敏感的植物，包括生菜、沙拉蔬菜和一些卷心菜，会在太多的阳光下栓，去种子，变得苦涩和不可口。适用于丛林地面的其他热带植物，如姜黄和某些观赏植物，当暴露在过度阳光下时，可能会出现叶片烧伤，并且它们在一些阴影下做得更好。另一方面，在阳光不足的情况下，一些植物的生长速度可能会缓慢。这种情况可以通过将水生装置放置在阳光明媚的位置来避免。如果唯一可用的地点是阴影区，建议种植耐遮荫的物种。系统的设计应该能够利用从东到西穿越天空的太阳。一般来说，种植床应按空间安排，使最长边位于南北轴线上。这使得白天最有效地利用太阳。或者，如果较少的光线较好，则沿东西轴定向床、管道和运河。还要考虑在何处和何时有阴影穿过所选网站。要小心在植物的安排，使他们不会无意中阴凉对方。然而，通过将高大的植物放置在西部，或者通过分散的分布交替，可以使用高大的植物，对阳光敏感的植物从强烈的午后阳光下遮荫。！图片-3 不像植物，鱼不需要阳光直射。事实上，鱼缸在阴凉处是非常重要的。通常情况下，鱼缸覆盖着放置在罐顶部的可拆卸遮光材料（图 4.15）。然而，在可能的情况下，最好使用单独的着色结构隔离鱼缸。这将防止藻类生长（见第 3 章），并将有助于保持一个稳定的水温在白天。同样值得防止叶片和有机碎片进入鱼缸，因为腐烂的叶片会染色水，影响水的化学和堵塞管道。要么将系统定位在远离悬垂的植被的地方，要么使水箱保持屏幕覆盖。此外，鱼缸容易受到捕食者的伤害。在鱼缸上使用遮阳网、防水布或其他筛查可以防止所有这些威胁。公用事业、围栏和易于访问在选址时，重要的是要考虑公用事业的可用性。水泵和空气泵需要电源插座。这些出口应防水，并配备残留电流装置 (RCD)，以减少电击风险；RCD 适配器可从标准的硬件商店购买。此外，无论是城市供水单位还是雨水收集单位，水源都应易于取得。同样，考虑从系统中排出的任何污水会去哪里。尽管水泵系统的用水效率极高，但偶尔需要换水，过滤器和澄清器需要进行冲洗。这是很方便的，有一些土壤植物位于附近，将受益于这种水。该系统应位于易于日常使用的地方，因为需要经常监测和每日喂食。最后，考虑是否有必要围栏整个部分。有时需要围栏来防止盗窃和破坏行为、动物害虫以及某些食品安全法规。特殊注意事项：屋顶水上乐器！平坦的屋顶通常是适合用于水生动物的场所，因为它们水平稳定，暴露在阳光下，而且尚未用于农业（图 4.

2020年7月6日 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

营养膜技术

NFT 是一种水培方法，使用水平管道，每个管道都有一条营养丰富的水生水流通过它（图 4.60）。植物被放置在管道顶部的孔内，并能够使用这个薄膜的营养丰富的水。！图片-2 NFT 和 DWC 都是商业运营的常用方法，因为在扩大规模时，两者在财务上比介质床单元更可行（图 4.61）。！图片-3 这种技术具有非常低的蒸发，因为水完全从太阳屏蔽。这种技术比媒体床更为复杂和昂贵，在接触供应商的地方可能不适当。这种技术在城市应用中最有用，尤其是当使用垂直空间或重量限制是考虑因素。尽管所有方法都有不同的实际种植植物方法，但它们之间最重要的区别在于 NFT 和 DWC 单元所使用的过滤方法与介质床方法相比。以下文本详细介绍了 NFT 和 DWC 单元的过滤方法。然后，分别讨论 NFT 和 DWC 方法。本部分的总体布局从水流动力学开始，或者水在系统中的流动方式开始。然后讨论过滤方法，然后是 NFT 系统的具体种植指南。 #水流动力学水通过重力从鱼缸、通过机械过滤器和组合生物过滤器/水槽流入。从水池中，通过 “Y” 连接器和阀门向两个方向泵送水。一些水被直接抽回鱼缸。剩余的水被抽入一个歧管，通过 NFT 管道均匀分布水。水流通，再次通过重力，通过植物所在的种植管道。在离开生长管道时，水将返回到生物过滤器/水槽，再次将水泵送到鱼缸或种植管道中。进入鱼缸的水会导致鱼缸溢出通过出口管道并返回机械过滤器，从而完成循环。这种设计，如本出版物所述，由于水的路径，被称为 “* 图 8*” 设计。这种设计可确保过滤水同时进入鱼缸和种植管道，同时只使用一个泵。不需要将水池放置在低于单元其余部分的位置，从而使这种设计可以在现有的混凝土地板或屋顶上使用。所有部件均处于舒适的工作水平，无需弯曲或使用梯子。此外，该设计充分利用了 IBC 容器的大小，以确保鱼类有足够的空间。一个缺点是，混合水池/生物过滤器可以稀释到达生长管道的水的营养浓度，同时，在水完全剥离养分之前，将水分返回鱼类。然而，轻微稀释是通过控制离开油池/生物过滤器的双向流量来管理的，总体而言，根据所提供的益处，它对该系统的有效性没有什么影响。通常，泵将 80% 的水输送到鱼缸，剩余的 20% 返回到生长床或运河，这可以通过阀门进行控制。 # 机械和生物过滤专用过滤对 NFT 和 DWC 单元至关重要。虽然介质床技术中的介质可作为生物过滤器和机械过滤器，但 NFT 和 DWC 技术却没有这种奢侈品。因此，两种类型的过滤器都需要有意制造：首先是一个捕获固体废物的物理陷阱，然后是一个用于硝化的生物过滤器。正如第 4.

2020年7月6日 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

水生装置的基本组件

所有的水生系统都有几个通用和基本的组件。这些包括：鱼缸、机械过滤器、生物过滤器和水培容器。所有系统都使用能源通过管道和管道循环水，同时给水充气。如上所述，植物种植区有三个主要设计，包括：种植床、种植管道和种植运河。本节讨论强制性组件，包括鱼缸、机械过滤器、生物过滤器、管道和水泵。以下各节专门讨论单独的水培技术，并进行比较，以确定在不同情况下最适当的技术组合。 # 鱼缸鱼缸是每个单位的关键组成部分。因此，鱼缸可以占水生装置全部成本的 20%。鱼需要一定的条件，以便生存和繁荣，因此鱼缸应该明智地选择。有几个重要方面需要考虑，包括形状、材质和颜色。坦克形状虽然任何形状的鱼缸都可以工作，但建议使用平底的圆形坦克。圆形使水均匀循环，并通过离心力将固体废物运送到罐中心。平底的方形罐是完全可以接受的，但需要更积极地去除固体废物。水箱形状极大地影响水循环，并且有一个循环不良的水箱是相当危险的。艺术形状的坦克，具有非几何形状，具有多种曲线和弯曲，可以在水中形成死斑，而不循环。这些地区可能会收集废物，并为鱼类造成缺氧、危险的条件。如果要使用奇形罐，可能需要添加水泵或气泵，以确保正常循环和去除固体。选择适合养殖水生物种特性的水槽是非常重要的，因为许多鱼类的底栖生长较好，压力较小，水平空间充足。材质建议使用强惰性塑料或玻璃纤维，因为它们的耐用性和寿命长。金属是不可能的，因为锈。塑料和玻璃纤维安装方便（也适用于管道），并且相当轻巧且可操作。通常使用动物浇水槽，因为它们往往很便宜。如果使用塑料容器，请确保它们是防紫外线，因为阳光直射会破坏塑料。一般而言，低密度聚乙烯 (LDPE) 罐体更可取，因为它们具有较高的耐性和食品级特性。事实上，LDPE 是民用储水罐中最常用的材料。另一种选择是一个地面池塘。天然池塘非常难以管理水生物学，因为已经在底层和底部泥浆中发生的自然生物过程可能难以操纵，而且营养物质往往已被水生植物使用。水泥或塑料衬里的池塘更容易接受，而且可能是一种价格低廉的选择。地面池塘可能会使水管作业变得困难，在采用这一方案之前，应仔细考虑管道设计。最简单的鱼缸之一是在地面上挖出一个洞，内衬有砖块或煤渣块，然后内衬有一个防水衬垫，如聚乙烯塑料。其他选择包括二手集装箱，如浴缸、桶或中型散装集装箱。确保容器以前没有被用来储存有毒物质是非常重要的。污染物，例如溶剂型化学品，将渗透到多孔塑料本身，并且无法清洗。因此，请仔细选择二手集装箱，并知道卖方，如果可能的话。颜色强烈建议采用白色或其他浅色的颜色，因为它们可以更容易地观察鱼类，以便轻松查看鱼类的行为和沉淀在罐底部的废物量（图 4.22－4.24）。白色坦克也会反射阳光，并保持水凉爽。或者，深色坦克的外部可以涂成白色。在极热或非常寒冷的地区，可能需要进一步隔热罐。！！封面和阴影所有鱼缸都应该被覆盖。遮阳罩可防止藻类生长。此外，防止鱼类跳出（通常与新添加的鱼类或水质不佳时出现），防止叶片和碎片进入，并防止猫和鸟类等掠食动物攻击鱼类。通常情况下，使用的是遮挡 80-90% 的阳光的农业遮阳网。遮阳布可以连接到一个简单的木制框架，以提供重量，使盖子易于拆卸。故障安全和冗余不要让鱼缸失去水；鱼缸意外排水就会死亡。虽然有些事故是不可避免的（例如一棵树落在油箱上），但大多数灾难性的鱼类死亡都是人为错误造成的。确保没有经营者慎重选择的情况下，罐体无法排出。如果水泵位于鱼缸内，请务必将泵从底部提起，以便水箱永远不会被抽干。使用水箱内的立管，以保证最低水位。第 4.2.6 节将进一步讨论这一点。 # 过滤-机械和生物 # 机械过滤对于 RSS 来说，机械过滤可以说是设计中最重要的 ** 方面。机械过滤是从鱼缸中分离和去除固体和悬浮鱼废物。为了系统的健康，必须清除这些废物，因为如果将固体废物留在鱼缸内分解，厌氧细菌就会释放有害气体。此外，这些废物会堵塞系统并扰乱水流，给植物根系造成缺氧状况。与这些机械过滤器最初设计的密集型 RAS 方法相比，小型水壶的储存密度通常较低，但一定程度的机械过滤对于健康的水泡罐至关重要，无论使用何种类型的水培法。

2020年7月6日 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

深水培养技术

！ [图片-3] (https://cdn.farmhub.ag/thumbnails/c931b600-1da3-4375-8874-a9e92079b635.jpg) ！ [图片-3] (https://cdn.farmhub.ag/thumbnails/7b128d01-82f9-4f74-b517-c9cadfb2984f.jpg) DWC 方法涉及将植物悬浮在聚苯乙烯板上，将其根部悬挂在水中（图 4.68 和 4.69）。这种方法是最常见的大型商业水鱼种植一种特定作物（通常是生菜，沙拉叶或罗勒，图 4.70），并且更适合机械化。在小规模的情况下，这种技术比媒体床更复杂，可能不适用于某些地方，特别是在获取材料有限的地方。！ [] (https://cdn.farmhub.ag/thumbnails/0119027f-18df-4ac5-981c-087c549b8bfe.jpg) # 水流动力学 DWC 中的水流动力学与通过 NFT 进行的水流动力学几乎相同。水通过重力从鱼缸、通过机械过滤器和组合生物过滤器/水槽流入。从水池中，通过 “Y” 连接器和阀门向两个方向泵送水。一些水被直接抽回鱼缸。剩余的水被抽入管道，在运河中等效地分配水。水流, 再次通过重力, 通过植物所在的种植运河和离开在远方. 在离开运河时，水将返回到生物过滤器/水池，再次将水泵入鱼缸或运河。进入鱼缸的水会导致鱼缸溢出通过出口管道并返回机械过滤器，从而完成循环。此 “* 图 8*” 配置描述了在 DWC 系统中看到的水路径。与 NFT 一样，水流通过机械过滤器和生物过滤器，然后被泵回鱼缸和植物运河。这种配置的一个缺点是，组合水池/生物过滤器将部分废水从植物运河返回到植物。然而，与 NFT 不同的是，根层水的小薄膜中的营养物质迅速枯竭，DWC 运河中含有大量的水，使植物能够使用大量的营养物质。这种营养物质的供应情况也意味着不同的系统设计。通过简单的 “级联” 配置，可以建立沿 DWC 运河的串行分布水，只有一个入口供应最远的水箱。在这种情况下，一个水槽的出口将是连续一个水槽的入口，而水流的增加将有助于根部获得更高的营养物质流量。在图 4.68 所示的 DWC 系统中，水从生物过滤器容器抽入运河，其中聚苯乙烯板漂浮在支撑植物的顶部。进入每条运河的水流量相对较低。一般来说，每条运河都有 1-4 小时的保留时间。保留时间与周转率相似，是指更换容器中所有水所需的时间。例如，如果一条运河的水体积为 600 升，进入容器的水流速为 300 升/小时，则保留时间为 2 小时（600 升 ÷ 300 升/小时）。

2020年7月6日 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

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。强烈建议大多数发展中区域采用这种方法。这些设计是高效的空间，具有相对较低的初始成本，因为它们的简单性适合初学者。在介质床单元中，介质用于支撑植物的根部，也具有与过滤器相同的介质功能，无论是机械还是生物。这种双重功能是介质床单元最简单的主要原因；以下部分展示了 NFT 和 DWC 方法如何要求隔离和更复杂的组件进行过滤。然而，介质床技术在较大规模上可能会变得笨拙而且相对昂贵。如果鱼放养密度超过床的承载能力，介质可能会堵塞，这可能需要单独的过滤。介质床中的水蒸发率较高，表面积越大，暴露在阳光下。有些媒体非常沉重。媒体床有很多设计，这可能是最适应性最强的技术。例如，* 布米纳 * 是印度尼西亚使用的一种水生技术，它使用许多连接到地面鱼缸的小型介质床（第 9.4.3 节）。此外，回收材料可以很容易地重新用于保存介质和鱼类。 # 水流动力学图 4.50 显示了使用介质床的水生系统的主要组件，包括鱼缸、介质床、水槽和水泵，以及用于支撑的混凝土块。通过跟踪通过系统的水流是最容易理解的。水通过重力从鱼缸流动，通过一个简单的机械过滤器进入介质床。这些介质床充满了多孔生物过滤介质，作为机械和生物过滤器和矿化位置。这些床位既存放硝化细菌的殖民地，也为植物的生长提供了场所。在离开介质床时，水通过重力向下移动到水槽。在这一点上，水相对来说没有固体废物和溶解废物。最后，这种干净的水被泵回鱼缸，这会导致水位上升，并从鱼缸溢出回介质床，从而完成循环。一些介质床被设计为洪水和排水，这意味着水位上升到某一点，然后完全排水。这会为植物根部增加氧气，并有助于氨的生物过滤。其他介质灌溉方法使用恒定的水流，要么进入床的一侧，从另一侧流出，要么通过滴灌阵列分布。！图片-3 媒体床结构 # 材料媒体床可以由塑料、玻璃纤维或木制框架制成，底座和墙壁内部配有防水橡胶或聚乙烯板。最受欢迎的 “自己做”（DIY）介质床由塑料容器、改装中型散货箱或甚至旧浴缸制成（图 4.51）。！只要符合以下要求，就可以将上述全部作为床和其他类型的坦克使用： -足够强大，可以容纳水和不断增长的媒体; -能够承受恶劣的天气条件; -由食品级材料制成，对鱼类、植物和细菌是安全的； -可以通过简单的管道部件轻松连接到其他单元组件; 和 -可以放置在靠近其他单元组件的位置。形状媒体床的标准形状是一个矩形，宽度约为 1 米，长度为 1-3 米，可以使用/制造较大的床，但他们需要额外的支撑（即混凝土块）以保持他们的重量。此外，较长的床位可能存在固体分布不均，往往在水口积聚，从而增加了厌氧斑点的风险。床位不应该太宽，以至于农民/经营者无法到达，至少半途。深度介质床深度非常重要，因为它控制单元中的根空间量，它决定了可以种植的蔬菜类型。如果种植大型果蔬，如西红柿、秋葵或卷心菜，介质床应该有 30 厘米的深度，没有这种深度较大的蔬菜就没有足够的根部空间，会出现根垫和营养不足，并可能会翻转（图 4.52）。！绿叶小蔬菜只需要 15-20 厘米的介质深度，如果媒体床的尺寸有限，则是一个不错的选择。即便如此，一些实验表明，如果营养浓度足够，即使较大的作物也可以在浅层生长。

2020年7月6日 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

比较水生技术

下文表 4.2 提供了上述各种水生培养系统的快速参考和比较摘要。 #表4.2 ####### 主要水生技术的优缺点系统类型优势弱点媒体床单位！ [](https://cdn.farmhub.ag/thumbnails/1a98efd0-ab15-4ef0-9b2a-5a92f7896c22.jpg) 资料来源：联合国粮食及农业组织，2014 年，克里斯托弗·萨默维尔、莫蒂·科恩、爱德华多·潘塔内拉、奥斯汀·斯坦库斯和亚历山德罗·洛瓦泰利，小规模水生粮，http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf。经许可复制。 *

2020年7月6日 · Food and Agriculture Organization of the United Nations