水下植物
种植设计
种植床的布局有助于在可用空间内最大限度地提高工厂产量。 在种植前，明智地选择将生长的植物，同时牢记每种植物所需的空间以及适当的生长季节。 所有园林设计的一个很好的做法是规划生长床在纸上的布局，以便更好地理解一切将如何看起来。 重要考虑因素包括：植物多样性、伴随植物和物理兼容性、营养要求、市场需求和易于获取。 例如，应将较高的作物 (即西红柿) 放置在介质床内最容易接近的地方，以便收获。 鼓励植物多样性 一般来说，种植各种作物和品种为种植者提供了一定程度的安全性。 所有的植物都容易受到某些种类的疾病或寄生虫。 如果只种植一种作物，发生严重侵害或流行病的可能性就更高。 这可能会破坏整个系统的平衡。 因此，鼓励种植者在小型单位种植各种各样的蔬菜（图 6.12）。 ！ 图片-3 交错种植 如前所述，重要的是交错种植。 通过这种方式可以有不断的收获和再种植，这有助于保持营养物质的平衡水平的单位。 与此同时，它为餐桌或市场提供了稳定的植物供应。 请记住，有些植物生产的水果或叶子可以在整个季节不断收获，例如沙拉叶品种、罗勒、香菜和西红柿，而其他一些作物则收获整个，如 kohlrabi、生菜、胡萝卜。 为了实现交错种植，应始终有一个现成的幼苗供应（第 8 章讨论了植物苗圃的发展）。 最大限度地提高媒体床的空间 不仅要规划表面积以最大限度地提高空间，还要考虑垂直空间和时间。 例如，在时间方面，种植蔬菜与长期作物 (茄子) 之间的植物长期 (沙拉蔬菜)。 这种做法的好处是，沙拉蔬菜可以首先收获，并提供更多的空间作为茄子成熟。 在大型结果植物之间继续重新种植嫩嫩的蔬菜，例如生菜，提供了自然的阴影条件。 确保阴影作物不会在大作物成熟时完全占据主导地位。 蔬菜，如黄瓜是天然的登山者，可以训练成长或下降，远离床。 使用木柄和/或绳子来帮助支撑攀岩蔬菜。 这会在媒体床中创建更多空间（图 6.13）。 其中一个好处是，植物可以轻轻地从生长的培养基中释放根部，并将植物放置在不同的位置，从而轻松地移动植物。 ！ 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。 *
· Food and Agriculture Organization of the United Nations植物选择
迄今为止，已有 150 多种不同的蔬菜、草药、花卉和小树在水生系统中成功种植，包括研究、家庭和商业单位。 附录 1 提供了 12 种最受欢迎的草药和蔬菜的技术摘要和详细的生长说明。 在一般情况下，绿叶植物在水生菜中做得非常好，以及一些最受欢迎的果蔬菜，包括西红柿，黄瓜和辣椒。 结果蔬菜的营养需求较高，更适合拥有足够鱼类种群的既定系统。 然而，一些根作物和一些敏感植物在水生植物中生长不良。 根作物需要特别注意，它们只能在深层介质床上成功生长，或者在第 9.3 节中更详细地讨论的排汗床。 蔬菜的整体营养需求有所不同。 根据这种需求，水生植物分为两大类。 低营养需求的植物包括绿叶蔬菜和草药，如生菜、甜菜、沙拉火箭、罗勒、薄荷、香菜、香菜、韭菜、柏菜和豆瓣菜。 许多豆类，如豌豆和豆类也有低营养需求。 在光谱的另一端是营养需求高的植物，有时被称为饥饿的营养物质。 这些包括植物水果，如西红柿，茄子，黄瓜，西葫芦，草莓和辣椒。 其他有中等营养需求的植物有：卷心菜，如羽衣甘蓝，花椰菜，西兰花和科拉布。 甜菜、芋头、洋葱和胡萝卜等泡沫植物有中等到高度的需求，而萝卜需要较少的营养物质。 ！ 生长床的风格影响植物的选择。 在媒体床单元中，常见的做法是同时种植绿叶蔬菜、草药和果蔬的聚合培养物（图 6.7）。 提供媒体床单位是正确的深度（至少 30 厘米），可以种植上述类别中提到的所有蔬菜。 小表面的多种培养也可以利用伴随种植（见附录 2）和更好的空间管理，因为耐遮阳的物种可以在较高的植物下生长。 单一种植做法在商业 NFT 和 DWC 单元中更为普遍，因为种植蔬菜的管道和筏子上的孔数量受到限制。 使用 NFT 单位可以种植较大的果蔬，如西红柿，但这些植物需要获得大量的水，以确保足够的营养物质供应，避免水分紧张。 实际上，如果流动中断，结果植物枯萎几乎可以立即发生，对整个作物造成破坏性影响。 结果植物还需要在较大的种植管道中种植，理想的是平底，并放置在比叶蔬菜更远的距离。 这是因为果植物越来越大，需要更多的光线来成熟他们的果实，也因为有限的根部空间在管道。 另一方面，由于 NFT 和 DWC 单元不能提供良好的生长环境，也不能为植物提供足够的支持，因此，大型灯泡和/或根茎作物（例如 kohlrabi、胡萝卜和萝卜）更有可能在培养基床上进行培养。 重要的是要考虑收获植物对整个生态系统的影响。 如果一次收获所有植物，结果将是一个不平衡的系统，没有足够的植物清洁水，从而导致养分尖峰。 一些农民使用这种技术，但它必须与大量鱼类收获或饲料配给的减少相对应。 然而，这里的建议是采用交错的收获和再种植周期。 同步生长的植物太多会导致在收获期间的某些营养物质缺乏，因为摄取量达到最高水平。 由于植物处于不同生命阶段，即一些幼苗和一些成熟阶段，整体营养需求总是相同的。 这确保了更稳定的水化学，同时也为家庭餐桌和市场提供了更定期的生产。 第 8 章更详细地讨论了交错种植计划。 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。 *
· Food and Agriculture Organization of the United Nations植物健康、虫害和疾病控制
！ 植物健康具有广泛的含义，远远不仅仅是没有疾病；正是健康的整体状况使植物能够充分发挥其生产潜力。 植物健康，包括疾病防治和消除虫害，是水生食品生产的一个极为重要的方面（图 6.8）。 虽然植物健康方面最重要的进展是通过病原体和害虫的管理取得的，但最佳营养、智能种植技术和适当的环境管理对于保障植物健康也是至关重要的。 此外，关于种植的特定植物的知识对于解决各种生产问题至关重要。 虽然已经描述了一些关于植物营养的基本概念，但本节旨在更深入地了解如何尽量减少风险和处理小规模水产生物中的植物疾病和害虫。 有关有益昆虫的更多信息，包括昆虫特征和气候需求，以及有关虫害鉴定以及虫害和疾病综合管理（包括可用于治疗的不同产品）的一般信息，请参阅附录 2 和关于进一步阅读。 # 植物害虫、综合生产和害虫管理 昆虫害害虫对植物生产是有问题的，因为它们携带了植物可能感染的疾病。 害虫也会在液体进入植物组织时提取液体，从而导致生长迟缓。 温室等受控环境可能对害虫造成特别困难，因为封闭的空间为没有雨或风的昆虫提供了有利的条件。 室外环境的虫害管理也不同于保护种植 (网屋、温室)，因为植物与周边地区的物理分离，从而允许在室内使用有益的昆虫来杀死/控制昆虫害。 昆虫虫害流行率也在很大程度上取决于气候和环境。 温带或干旱地区的虫害管理比热带地区容易，因为热带地区的虫害发病率和昆虫之间的竞争较高，使得防治病虫害成为一项更加困难的任务。 由于水生生物单位维持着独立的生态系统，在介质床中存在大量微生物和小昆虫和蜘蛛是正常的。 然而，其他有害的昆虫虫害，如粉蝇、蓟马、蚜虫、叶子矿工、白菜蛾和蜘蛛螨食物和损害植物。 在土壤蔬菜生产中处理有问题的昆虫害虫的一种常见做法是使用化学农药或杀虫剂，但这种做法在水生植物中 ** 不可能 **。 任何强大的化学农药都可能对鱼类以及生活在系统中的有益细菌造成致命的影响。 因此，绝不能使用商业化学杀虫剂。 然而，还有其他有效的物理、环境和文化控制措施，以减少水生虫害的威胁。 杀虫剂和威慑剂应被视为最后手段。 然而，成功的管理将作物和环境管理与使用有机和生物害虫威慑剂相结合。 综合生产和虫害管理 (IPPM) 是一种生态系统方法，用于基于土壤和无土的植物生产和保护，它结合了不同的管理战略和做法，以培育健康的植物并尽量减少农药的使用。 它是机械、物理、化学、生物和微生物控制以及寄主植物耐药性和文化习惯的结合。 并非所有这些控制措施都适用于水生动物，因为有些可能对鱼类和细菌造成致命（即化学和一些有机农药），而另一些控制对于小规模水生物（即微生物控制剂）可能没有经济上的理由。 因此，本节集中讨论小规模水生动物最适用的战略，包括机械和物理控制、寄主植物抗药性以及预防病虫害威胁的培养技术。 对于一些水生动物安全的生物控制措施（即有益的昆虫和微生物）作了一些简要评论，附录 2 载有更多细节。 有关这些方法的更多信息，请参阅 “进一步阅读” 一节。 物理、机械和文化控制 对于水生动物的虫害管理而言，预防至关重要。 定期和彻底监测害虫是至关重要的，理想的情况是，在昆虫损害整个作物之前，可以识别和管理轻微的侵害。 以下是在有机农业/传统农业中使用的简单廉价控制器清单，这些控制器也适用于小规模的水生动物，以避免虫害。 物理排斥是指防止害虫远离。 机械去除是当农民积极采取害虫远离植物。 文化控制是农民为预防害虫而可以采取的选择和管理活动。 在考虑采用其他方法之前，应将这些控制措施作为防止昆虫害害虫的第一道防线。 # 净化/屏幕 这种方法在热带地区或在进行有机园艺或农药无效的地方防止虫害损害是常见的。 净网的大小因所针对的害虫而异；使用网眼尺寸为 0.15 毫米的蚊帐排除蓟马，0.35 毫米排除粉蝇和蚜虫，0.8 毫米用于排除叶采矿者。 网络是特别有效的，而幼苗是非常年轻和嫩。 屏幕不能抑制或消除害虫，它们只排除大部分虫害；因此，必须在虫害出现之前安装，并注意不要让害虫进入受保护的环境。 #####物理障碍 ！ [图片-图片-https://cdn.farmhub.ag/thumbnails/926415e2-0de6-463d-8763-a10507337f85.jpg 鉴于昆虫能够覆盖的距离有限，可以通过在蔬菜和周围植被之间增加物理障碍，例如铺设地面或建筑物故事，减少虫害流行。 由于海拔较高，屋顶水生产受益于自然通风，以及较大的物理屏障（距离地面的距离）为户外生产创造了理想的条件，相对没有害虫和疾病（图 6.9）。 温室通常有一个强大的风扇通过入口方式吹出来，有助于防止昆虫与农民一起进入。 另一个有用的技术是创建一个屏障的腿的水培容器。 一个戒指 铜闪烁可以防止蜗牛和弹头爬上腿部，和凡士林的涂层可以防止蚂蚁。 将腿的底部放在一个容器的水也可以防止蚂蚁。
· Food and Agriculture Organization of the United Nations植物的水质
第 3.3 节讨论了整个水生系统的水质参数。 这里考虑并进一步扩大了植物的具体考虑因素。 pH 值 pH 值是水生系统中植物最重要的参数，因为它会影响植物获取营养物质的途径。 一般来说，大多数植物的公差范围是 5.5-7.5。 较低的范围低于对鱼类和细菌的耐受性，大多数植物更喜欢轻度酸性条件。 如果 pH 值超出这个范围，植物会出现营养物质锁定，这意味着虽然水中存在营养物质，但植物无法使用。 这是特别适用于铁，钙和镁。 有时候，植物中明显的营养缺乏实际上表明该系统的 pH 值超出了最佳范围。 图 6.6 描述了 pH 值与植物吸收某些营养物质的能力之间的关系。 ！ 然而，有证据表明，在成熟的水生子系统中，营养素锁定不如在水耕系统中常见。 水培是一个半无菌的事业，而水生动物是一个整体的生态系统。 因此，植物根系、细菌和真菌之间存在生物相互作用，即使在 pH 值高于图 6.6 所示水平的情况下也可能允许营养素摄取。 然而，最好的行动方法是尝试保持 pH 值略有酸性（6-7），但要知道，较高的 pH 值（7-8）可能会发挥作用。 这方面是目前研究的主题。 # 溶解氧 大多数植物在水中需要高浓度的溶氧化物（\ > 3 毫克/升）。 植物使用他们的茎和叶子吸收氧气在呼吸过程中，但根部也需要有氧气。 如果没有氧气，植物可以体验根腐烂，这种情况下的根源死亡和真菌生长。 有些水厂，如栗子、莲花或芋头，不需要高浓度的溶氧水，可以承受低氧水，例如停滞池塘中的水。 # 温度和季节 适用于大多数蔬菜的温度范围为 18-30 °C，但有些蔬菜更适合在特定条件下生长。 为了本出版物的目的，冬季蔬菜需要 8-20 °C 的温度，夏季蔬菜的温度要求为 17-30 °C，例如，许多绿叶蔬菜在较冷的条件下生长最好（14-20 °C），尤其是在夜间。 在 26 °C 及以上的温度较高，绿叶绿色螺栓，并开始花和种子，这使得他们苦涩和不市场。 一般来说，水温对植物的影响最大，而不是空气温度。 尽管如此，应小心选择正确的植物和鱼类，以满足其最佳水温范围。 季节性种植的另一个方面是，有些植物需要一定的日光来产生鲜花和水果，这就是所谓的 photoperiodism。 有些被称为短日植物，在开花前需要一定程度的黑暗。 这个信号的植物表明，冬天即将到来，植物把它的能量投入繁殖，而不是生长。 一些经常种植的短日植物包括各种辣椒和某些药用花卉。 另一方面，长一天的植物需要一定的长度才能生产花朵，虽然这在蔬菜中很少是考虑的，但对于某些观赏植物来说可能是如此。 因此，重要的是遵循当地的季节性种植方法，为每种蔬菜种植或选择对摄影中性的品种。 附录 1 载有关于个别蔬菜的进一步详细信息。
· Food and Agriculture Organization of the United Nations土壤和无土作物产量的重大差异
土壤农业与土壤少生产之间有许多相似之处，而基本植物生物学始终是相同的（图 6.1 和 6.2）。 然而，值得研究土壤和无土生产之间的重大差异（表 6.1），以弥合传统的地面做法和新的无土技术之间的差距。 一般而言, 化肥的使用和水的消耗, 使用非耕地的能力和总体生产力之间的差异. 此外，无土农业的劳动密集程度通常较低。 最后，无土技术比地面农业更能支持单一种植物。 ！ 图片-3 肥料 土壤化学，特别是有关营养物质的供应和肥料的动态，是一个完整的学科和相当复杂的。 需要添加肥料来进行密集的地面耕作。 然而，由于土壤中发生的复杂过程，包括生物和非生物相互作用，农民无法完全控制这些养分输送到植物。 这些相互作用的总和决定了植物根部的营养物质的可用性。 相反，在无土培养中，营养物质溶解在直接输送到植物的溶液中，并且可以根据植物的需求进行专门定制。 无土培养中的植物在含有惰性介质中生长。 这些介质不干扰营养物质的输送，这可能发生在土壤中。 此外，媒体在物理上支撑植物，并保持根部湿润和充气。 此外，由于地面农业，一些肥料可能会因杂草和径流而丧失，从而降低效率，同时引起环境问题。 肥料价格昂贵，可以占地面耕作预算的很大一部分。 在无土农业中对肥料进行量身定制的管理有两个主要优点。 首先，化学、生物或物理过程中损失最少的肥料。 这些损失降低了效率，并可能增加成本。 其次，可以根据植物在特定生长阶段的要求精确监测和调整营养素浓度。 这种增强的控制能够提高生产率并提高产品质量。 水的使用 水培和水生动物中的用水比土壤生产要低得多。 由于地面蒸发, 叶子蒸发, 渗透到底土, 径流和杂草生长, 地面农业中的水流失. 然而，在无土栽培中，唯一的用水是通过作物生长和通过叶子蒸腾。 所使用的水是植物种植所需的绝对最低水分，因为从无土介质中蒸发而损失的水量可以忽略不计。 总体而言，水生动物只使用大约 10％ 的水在土壤中种植同一植物所需的水。 因此，无土种植具有巨大潜力，可以在缺水或昂贵的地方进行生产。 # 非耕地的利用 由于不需要土壤，在非耕地地区可以使用无土培养方法。 水生动物的一个常见场所是城市和城市周边地区，这些地区不能支持传统的土壤农业。 Aquaponics 可以在地下室、地下室（使用生长灯）或屋顶上使用。 以城市为基础的农业也可以减少生产足迹，因为交通需求大大减少；城市农业是当地农业，有助于地方经济和地方粮食安全。 水生动物的另一个重要应用是在不能使用传统农业的其他地区，例如在极为干燥的地区 (例如沙漠和其他干旱气候)，土壤含盐度高的地区 (例如沿岸和河口地区或珊瑚沙岛)，土壤质量一直很高由于过度使用肥料而退化, 或因侵蚀或采矿而损失, 或一般而言, 由于土地保有权, 购买成本和土地权而无法耕地的情况. 在全球范围内，适合耕作的可耕地正在减少，而水栽培是一种方法，使人们能够在难以或不可能的地面农业的地方集中种植粮食。 # 生产力和产量 最密集的水培培养物比最密集的土壤培养物高 20-25% 的产量，尽管水培养专家对数据进行了四舍五入，声称生产率高出 2-5 倍。 在这种情况下，水培培养使用彻底的温室管理，包括花费昂贵的投入对植物进行消毒和施肥。 即使没有昂贵的投入，本出版物中描述的水培技术也可以相等的水培产量，并且比土壤更具生产力。 其主要原因是，无土培养使农民能够监测、维持和调整植物的生长条件，确保最佳的实时营养平衡、输水、pH 值和温度。 此外，在无土栽培中，与杂草没有竞争，植物受益于对虫害和疾病的更高控制。 减少工作负载 无土培养不需要耕种、耕作、覆盖或除草。 就大型农场而言，这等于降低对农业机械和矿物燃料使用的依赖。 在小规模农业中，这等于农民更容易、更少劳动密集的劳动，特别是因为大多数水生单位都是从地面上抬起的，避免了弯腰。 与以土壤为基础的农业相比，采伐也是一个简单的过程，产品不需要大量清洗即可去除土壤污染。 Aquaponics 适用于任何性别和许多年龄阶层和能力水平的人。
· Food and Agriculture Organization of the United Nations基础植物生物学
！ 本节简要介绍植物的主要部分，然后讨论植物营养（图 6.3）。 进一步讨论不在本出版物的范围内，但更多信息可在 “进一步阅读” 一节中找到。 基本植物解剖学和功能 根 根吸收土壤中的水分和矿物质。 微小的根毛伸出根部，帮助吸收过程。 根有助于锚在土壤中的植物，防止它掉下来。 根还储存额外的食物供将来使用。 无土培养中的根源与标准的地面植物有趣的差异。 在无土培养中，水和营养物质不断提供给植物，这有助于他们寻找营养物质，并可以更快地生长。 水培根系生长对于激烈吸收和最佳输送磷来刺激其生长而言具有显著意义。 值得注意的是，根部保留了近 90％ 的金属吸收的植物，其中包括铁，锌和其他有用的微量营养素。 茎 茎是植物的主要支撑结构。 它们还充当植物的管道系统，将水和养分从根部输送到植物的其他部分，同时还将食物从叶子运送到其他区域。 茎可以是草本的，像雏菊的可弯曲茎，或木本，像橡树的树干。 叶 植物中的大部分食物是在叶子中产生的。 叶子被设计用来捕捉阳光，然后植物通过一个叫做光合作用的过程来制作食物。 叶子也是重要的蒸腾的水。 ####花朵 花卉是大多数植物的繁殖部分。 花中含有花粉和小鸡蛋叫卵。 花授粉和卵子受精后，卵形发育成果。 在无土技术中，在开花前迅速输送钾可以帮助植物有更好的果实环境。 ###水果/种子 水果是开发的花卵巢含有种子的部分。 水果包括苹果、柠檬和石榴，还包括西红柿、茄子、玉米粒和黄瓜。 后者被认为是植物意义上的水果，因为它们含有种子，但在烹饪定义中，它们通常被称为蔬菜。 种子是植物的繁殖结构，水果有助于传播这些种子。 结果植物的营养要求与绿叶蔬菜不同，尤其需要更多的钾和磷。 光合作用 ！ 所有绿色植物的设计，以产生自己的食物使用的过程的光合作用 (图 6.4)。 光合作用需要氧气，二氧化碳，水和光。 植物内有一些被称为叶绿素的小细胞，其中含有叶绿素，这种酶使用阳光下的能量分离大气中的二氧化碳 (CO 2 )，并产生高能糖分子，如葡萄糖。 对这一过程至关重要的是水（H 2 O）。 这一过程释放氧气 (O 2 )，历史上对大气中的所有氧气负有责任。 一旦创建，糖分子被运输到整个植物，后来用于所有生理过程，如生长、繁殖和新陈代谢。 到了晚上，植物使用这些相同的糖和氧气来产生生长所需的能量。 这个过程被称为呼吸。 在每个植物都可以接触阳光的地方找到一个水生装置是至关重要的。 这确保了充足的能量进行光合作用。 水应始终通过系统提供给根源。 二氧化碳是免费从大气中获得的，虽然在非常密集的室内文化中，植物可能会使用所有的二氧化碳在封闭区域，并需要通风。 营养要求 除了光合作用的这些基本要求之外，植物还需要一些营养物质，也被称为无机盐。 这些营养素是必需的酶，促进光合作用，生长和繁殖。 这些营养物质可以从土壤中获得。 然而，在没有土壤的情况下，这些营养物质需要以另一种方式提供。 在水鱼类中，所有这些必需的营养物质都来自于鱼类废物。 营养素分为两大类：大量营养素和微量营养素。 这两种营养物质对植物来说都是必不可少的，但数量不同。 与微量营养素相比，需要更多的六种大量营养素，微量营养素只需要微量营养素。 虽然所有这些营养物质都存在于固体鱼类废物中，但一些营养物质在水生养中可能有限，并导致缺乏，例如钾、钙和铁。 基本了解每种营养物质的功能对于了解它们如何影响植物生长至关重要。 如果发生营养素缺乏，必须确定系统中缺乏或缺乏哪些元素，并通过添加补充肥料或增加矿化来相应地调整系统。
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