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第 12 章水族学：替代类型和方法

1. 12.1 导言

   Original publication 2019 · 首次发布于 FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   本章讨论了一些关键的相关技术和替代技术，这些技术可以扩展或有可能扩大水生系统的功能/生产力，或者是可以与水生生产相关联的关联/独立技术。 这些系统的建立和发展具有增加生产、减少浪费和能源以及在大多数情况下减少用水量的能力。 与可能被视为处于中期/青少年发展阶段的水生动物不同，下面讨论的新方法还处于初期阶段。 然而，这并不意味着它们本身并不是有价值的技术，而且具有高效率和可持续地提供未来粮食的潜力。 下文讨论的方法包括空气运动、飞行水肺、海藻、生物浮动技术用于水上运动、马拉松式和卤素以及垂直水上运动。

2. 12.2 有氧运动

   Original publication 2019 · 首次发布于 FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   背景

   美国国家航空航天局（NASA）将空气运动描述为：生长悬浮在空气中的植物的过程，没有土壤或介质，提供清洁、高效和快速的食品生产。 美国航天局进一步指出，农作物可以全年不间断地种植和收获，而且不会受到土壤、农药和残留物的污染，气动系统还将用水量减少 98%，肥料使用量减少 60%，并完全消除农药使用。 在空气系统中生长的植物被证明吸收更多的矿物质和维生素，使植物更健康，更有潜在的营养 _（美国航空航天局的分离关系）。 有氧运动的其他优点被认为是：

   -生长环境可以保持清洁和无菌。

   -这减少了植物疾病和感染传播的机会。

   -幼苗在根形成过程中不会伸展或枯萎。

   -幼苗很容易移植，没有移植休克。

   -幼苗生长加速，从而导致作物周期增加，从而增加每年产量。

   对于 “天气” 和 “Zobel（1992 年），空气系统被定义为：整个植物和/或组织的培养，或由空气/水雾喂养的整个组织（而不是浸泡在水、土壤、养分琼脂或其他基础上）。 对于他们来说，植物只有部分根源在空气中生长，部分是营养液中生长的，或者部分时间在空气和部分时间在营养溶液中生长的植物，是通过一个空气-水培过程而不是平面学生长的。

   因此，航空系统通过喷洒或喷雾营养液的根区域而运作。 植物的根部因此悬浮在空气中，并经受连续或间歇性/周期性喷洒/喷雾，形式为液滴或极细雾，液滴尺寸为 5 微米至 50 微米（微米）。 通常可以找到喷雾液滴尺寸为 30—80 μm 的 “爱好/家用” 试剂盒。 超声波或干雾雾化器产生的液滴尺寸\ <5 μm，但这需要压缩空气和非常精细的喷嘴，或者可以使用超声波传感器来产生这些雾气。

   在有氧运动中，与水培一样，可以优化营养素供应，并且在水培和空气运动之间进行比较，Hikosaka 等人（2014 年）指出，使用干雾有氧运动的生菜生长和收获质量之间没有任何差别。 然而，叶片的根部呼吸率和光合作用率都显著增加。 他们还注意到，该系统使用的水量也较少，而且比传统的水耕系统更有效、更易于管理（Hikosaka 等人，2014 年）。 Lakhiar 等人（2018 年）在一份关于受控环境下农业现代植物栽培技术的评论文中指出，空气运动 “被认为是实现粮食安全和可持续发展的最佳植物种植方法”。

   12.2.2 航空运动的起源

   理查德 ·J· 斯托纳二世被认为是空气运动的父亲。 美国航天局对水生动物的审查（Clawson 等人，2000 年）指出，水生物的起源主要在于根形态学的研究，但起源于自然，例如植物，例如在热带地区生长的兰花，那里有雾天然发生的。 Clawson 等人（2000 年）注意到 B.T. Barker（“用喷雾成功地种植苹果树”）和 F. W. 去了，1957 年，他在薄雾中种植了西红柿和咖啡植物，并称之为 “空气飞行器” 的过程。 关于根部形态学的研究，卡特在 1942 年利用空气技术作为调查菠萝根源的一种方法，1944 年克洛茨调查了鳄梨和柑橘的根源，然后许多其他人包括哈比克和罗伯逊；巴拉克、索弗和汉堡；尤尔加列维奇和雅尼斯；以及杜托斯，韦特。和布里格斯都进行了各种航空飞行方面的实验 (详情请参阅克劳森等人 2000 年).

   12.2.3 有氧运动成长问题

   Clawson 等人（2000 年）报告了 Tibibitts 等人（1994 年）的测试，即连续喷雾可能 “促进植物附近或植物内的真菌和细菌生长”，此外，一些研究人员发现，由于细滴和连续雾化系统，可能会有困难”提供营养物质的所有植物，其中有一个高密度的植物 '. 在这方面，事实表明，与连续雾化和水培技术相比，间隔喷雾可提供更健康的系统和更健康的根部。 使用间隔也使植物更能抵御喷雾中断的任何干扰，使植物在较低的水分水平下生长更长时间，并可能降低病原体水平。 为了有效喷雾，“液滴大小和速度也是重要的气动光学参数。 根部的雾收集效率取决于它的长丝大小、滴大小和速度 '（Clawson 等人，2000 年）。

   12.2.4 结合水上运动和空气运动

   虽然许多企业家和热衷于业余爱好者正在推动将水上运动与空气运动相结合，但如果考虑将这种组合技术用于未来的农业，则需要解决一些问题。 需要解决的一个问题是这个系统的名称，在这里建议我们将这个组合系统称为 “水上气动系统”。

   虽然网络上有许多视频和讨论主题，但关于结合有氧运动和水肺运动，这个领域没有科学文献。 基于网络的讨论提出了喷雾器堵塞的问题以及对水生溶液进行精细过滤的必要性。 水上有氧学的另一个问题是病原体在通风潮湿的环境中生长的潜力，需要进行研究以确定这一点。 解决雾虫问题的一个解决方案是使用超声波振动来创建雾，但这并不能解决任何可能与病原体生长有关的问题。

3. 12.3 藻类学

   Original publication 2019 · 首次发布于 FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   12.3.1 背景

   微藻属于单细胞光自生物（从 0.2 微米到 100 微米），分为不同的分类组。 微藻可以在大多数环境中找到，但大多数存在于水生环境中。 浮游植物占世界初级产量的 45% 以上，并产生了 50% 以上的大气 OSub2/Sub。 一般来说，微藻和高等植物的光合作用没有重大差异（Depeler 等人，2018 年）。 然而，由于微藻体积较小，一些内部竞争性生理器的减少，微藻的生长速度可以比较高的植物快得多（Moheimani 等人，2015 年）。 微藻也可以在有限的营养条件下生长，并且能够适应更广泛的环境条件（Gordon 和 Polle 2007）。 最重要的是，微藻养殖在可耕地和淡水方面与粮食作物生产没有竞争（Moheimani 等人，2015 年）。 此外，微藻可以有效地利用废水中的无机养分（Ayre 等人，2017 年）。 一般来说，微藻生物量含有高达 50% 的碳，使其成为对大气 COSub2/Sub 进行生物修复的理想选择（Moheimani 等人，2012 年）。

   由于世界范围广泛的农业和畜牧业的增加，进入陆地生物圈的生物可得性氮和磷显著增加（Galloway 等人，2004 年）。 作物和畜牧业以及污水处理系统造成了这些营养负荷的巨大贡献 (Schoumans 等人, 2014 年)。 这些营养物质渗入水流会造成巨大的环境问题，例如有害的藻类繁殖和大规模鱼类死亡率。 例如，在美国，农业造成的养分污染被认为是富营养化的主要来源之一 (Sharpley 等人, 2008 年)。 控制养分流入周围环境的技术和经济挑战，必须克服这些挑战，以减少这种影响。 已经开发出各种成功的工艺来处理高有机负荷的废物。 然而，几乎所有这些方法都不是很有效去除水中的无机元素。 此外，其中一些方法的操作费用相当昂贵。 一个简单的处理有机废物的方法是厌氧消化 (AD)。 AD 工艺被广泛了解，如果有效运行，它可以将 90% 以上的废水有机物转化为生物甲烷和 COSub2/Sub（帕金和欧文 1986 年）。 甲烷可用于发电，产生的热量可用于各种附加用途。 然而，AD 工艺会产生一种厌氧消化废水 (ADE)，其中含有非常丰富的无机磷酸盐和氮，以及高 COD（碳氧需求量）。 在某些地方，这种污水可以使用微藻和大藻进行处理（Ayre 等人，2017 年）。

   12.3.2 藻类生长系统

   由于联合国委员会建议以非常规原产的高蛋白质食物补充传统农作物，微藻已成为天然候选品（里士满和贝克尔，1986 年）。 第一个微藻种植是在 1890 年通过培养 “小球藻” (波罗维茨卡 1999 年) 实现的。 由于微藻通常在一天中的某个时间分裂，因此开发了一个术语循环器，以便在培养中引入光/黑（昼夜）循环（Cisholm 和 Brand 1981）。 微藻的大规模培养和部分利用其生物量，特别是作为脂类等某些产品的基础，可能早在 1953 年就已经认真开始，目的是利用大规模的 * 小球藻 * 培养食物（Borowitzka，1999 年）。 通常，藻类可以使用露天池塘（Borowitzka 和 Moheimani 2013）、封闭式光生物反应器（Moheimani 等人，2011 年）或这些系统的组合在液体中进行培养。 藻类也可以培养为生物膜（维吉哈斯图蒂等人，2017 年）。

   ** 封闭式光生物反应器 **（Moheimani 等人，2011 年之后）：封闭式藻类培养物（光生物反应器）不会暴露于大气中，而是覆盖着透明材料或包含在透明管内。 光生物反应器具有防止蒸发的明显优势。 封闭式和半封闭式光生物反应器主要用于生产高价值藻类产品。 由于运营支出（OPEX）和资本支出（资本支出）的总体成本，封闭式光生物反应器不如开放式系统那么经济。 另一方面，污染更少，COSub2/Sub 损失更少，通过创造可重复的栽培条件和技术设计灵活性，这使得它们成为露天池塘的一个很好的替代品。 封闭系统的一些弱点可以通过以下方式克服：(a) 减少光路；(b) 解决剪切（湍流）复杂性；降低氧浓度；(c) 温度控制系统。 封闭式光生物反应器主要分为：(a) 生物、(b) 管状、(c) 气举和 (d) 板式光生物反应器。

   ** 露天池塘 **（2013 年波罗维茨卡和莫海马尼之后）：露天池塘最常用于大规模户外微藻种植。 主要的藻类商业生产基于开放渠道（滚道），与封闭式光生物反应器相比，成本更低，更容易建造和操作。 此外，微藻的生长在开放式种植系统中遇到的困难要小于封闭式种植系统。 然而，在露天池塘中只有少数种类的微藻（例如：盐藻、螺旋藻、小球藻 _ 等）成功生长。 商业微藻生产成本很高，近似介于 4 到 20 美元/美元/全球销售额-1/SUP 之间。 Largscale 户外露天池塘商业微藻培养在过去 70 年中得到发展，仍然（未搅拌）和搅拌池都已经开发，并且已被用于商业基础上。 非常大的未搅拌的露天池塘简单地用天然水池建造而成，开放式床的深度通常小于 0.5 米。 在一些较小的池塘里，表面可能有塑料衬里板。 未搅拌的开放式池塘是所有商业培养方法中最经济和技术性最低的方法，已被商业用于澳大利亚盐水杜氏菌 β-胡萝卜素的生产。 这种池塘主要限于生长的微藻，这些藻类能够在恶劣条件下生存，或具有竞争优势，使其能够超越原生动物、不需要的微藻、病毒和细菌等污染物。 另一方面，搅拌池具有混合制度的优势。 大多数搅拌池可以是 (a) 带旋转搅拌器的圆形池塘，或 (b) 单个或连接的滚道池塘。

   圆形种植池主要用于大规模种植微藻，特别是在东南亚。 直径达 45 米、深度通常为 0.3—0.7 米的圆形池塘被发现，但也有一些例子被玻璃圆顶覆盖。 生产微藻所需的低剪应力是在这些系统中产生的，尤其是在池塘中心，这是这些系统的一个明显优势。 一些缺点包括：混凝土结构昂贵，土地利用效率低下，占地面积较大，难以控制搅拌装置的移动，以及供应 COSub2/Sub 的成本增加。

   桨轮驱动的滚道是最常见的商业微藻种植系统。 滚道通常在单个通道或链接通道中构建。 滚道通常较浅（0.15 至 0.25 米深），以循环形式建造，通常覆盖大约 0.5 至 1.5 公顷的面积。 滚道主要用于三种微藻的主要商业培养，其中包括：小球藻、螺旋藻和杜那利藻。 这些开放式系统的主要缺点主要是由于混合制度差和光渗透造成的高污染风险和低生产率。 在滚道中，生物量浓度高达 1000 毫克干重。LSUP-1/SUP 和 20 克干重的生产能力已被证明是可能的。

   微藻生产的价格使得经济成就高度依赖于昂贵和独家产品的销售，而这些产品的需求自然受到限制。 滚道也是用于处理废水的最常用的种植系统 (公园和克拉格斯 2010).

   ** 固体栽培 **（Wijihastuti 等人 2017 年之后）：另一种微藻培养方法是将细胞固定在聚合物基质中或将其附着到固体支撑（生物膜）的表面。 一般来说，此类生物质培养物的生物量产量比液体培养物至少高出 99%。 脱水是任何大规模藻类生产中最昂贵和能源密集的部分之一。 生物膜生长的主要优势是减少脱水过程和相关的能源消耗，从而降低成本。 生物膜培养还可以增加细胞光捕获，减少环境压力（例如 pH 值、盐度、金属毒性、极高的辐照度），降低生产成本并减少营养素的消耗。 固体栽培方法可用于处理废水（养分和金属去除）。 生物膜培养有三种主要方法：(a) 100% 直接浸入培养基；(b) 部分浸入培养基；(c) 使用多孔基底将营养物质和水分从培养基输送到细胞。

   12.3.3 藻类生长营养要求

   一些抑制物理、化学和生物因素可抑制高微藻的生产。 表 12.1 对这些情况进行了说明。

   在将任何微藻应用于任何过程之前，对关键生长限制的基本知识可能是最重要的因素。 光是迄今为止影响任何藻类生长的最重要的限制因素。 温度也是大规模生产藻类的一个关键因素（莫海马尼和帕莱维特 2013 年）。 然而，这些变量是难以控制的（莫希马尼和帕莱维特 2013 年）。 除光和温度之外，营养成分是影响任何藻类生长的最重要的限制因素（Moheimani 和 Borowitzka 2007），每种微藻物种往往都有自己的最佳营养要求。 最重要的营养物质是氮、磷和碳（奥斯瓦尔德 1988 年）。 大多数

   表 Tbody TR 生物因子/th td 轻量（质量、数量） /td /tr tr 类 = "奇数” TD/td td 温度 /td /tr tr 类 = "偶数” TD/td td 营养浓度 /td /tr tr 类 = "奇数” TD/td td OSub2/sub /td /tr tr 类 = "偶数” TD/td td COSub2/sub 和 pH 值 /td /tr tr 类 = "奇数” TD/td td 盐度 /td /tr tr 类 = "偶数” TD/td td 有毒化学品 /td /tr tr 类 = "奇数” 生素因子/th td 病原体（细菌、真菌、病毒） /td /tr tr 类 = "偶数” TD/td td 其他藻类的竞争 /td /tr tr 类 = "奇数” 运行因数/th td 通过混合产生的剪切 /td /tr tr 类 = "偶数” TD/td td 稀释率 /td /tr tr 类 = "奇数” TD/td td 深度 /td /tr tr 类 = "偶数” TD/td td 收获频率 /td /tr tr 类 = "奇数” TD/td td 添加碳酸氢盐 /td /tr /tbody /表格

   ** 表 12.1** 微藻生长和生产力的限制 (毛埃马尼和波罗维茨卡 2007 年)

   藻类通过增加其脂质含量对 N-限制作出反应（Moheimani 2016）。 例如，Shifrin 和 Cisholm（1981 年）报告说，在他们检查的 20 至 30 种微藻中，藻类在 N-剥夺的情况下增加了脂质含量。 磷也是微藻生长所需的重要营养物质，因为它在细胞代谢和调节方面发挥着重要作用，参与酶、磷脂和能源供应化合物的生产（Smith 1983）。 Brown 和 Button（1979 年）对摩羯藻的研究表明，当培养基的磷酸盐浓度低于 10 nm 时，生长有明显的限制。 COSub2/Sub 也是实现高藻类生产力的关键营养素（Moheimani 2016）。 例如，如果藻类培养中没有添加额外的 COSub2/Sub，平均生产率可以降低 80%（Moheimani 2016）。 然而，在藻类池塘中添加 COSuB2/Sub 费用相当昂贵（2016 年莫海马尼）。 将 COSub2/Sub 引入培养基中最经济的方法是通过烧结多孔石头冒泡或使用浸没塑料板下的管道作为 COSub2/Sub 喷射器，直接将气体转移到介质中（Moheimani 2016）。 不幸的是，在所有这些方法中，COSub2/Sub 在大气中的损失仍然很高，因为气泡在藻类悬浮液中的保留时间短。

   虽然添加 N、P 和 C 是至关重要的，但其他营养物质也会影响微藻的生长和新陈代谢。 由于缺乏其他营养物质，例如锰（Mn）和各种其他阳离子（MgSup2+/SUP、KSUP 和 Casup2+/SUP），也会减少藻类生长（1973 年下垂）。 微量元素对微藻生长也至关重要，一些微藻也需要维生素来生长（Croft 等人，2005 年）。 提供营养素的一个有效和廉价的方法是将藻类培养和废水处理结合起来，下文将讨论这一点。

   12.3.4 藻类和废水处理

   随着环境恶化的加剧以及生产替代粮食和能源的必要性的增加，有必要探讨生物废水处理与资源回收相结合的可行性。 微藻废水处理特别具有吸引力，因为藻类光合活动将光转化为有利可图的生物质。 在某些条件下，废水种植的微藻生物量在生物量生产中可能相当于或优于较高的植物物种。 因此，这一过程可以将废物产品转化为有用的产品（例如动物饲料、水产养殖饲料、生物肥料和生物能源）。 因此，废物污水不再是一种负面废物产品，而是成为生产重要物质的宝贵基材，据报道，微藻废水生物修复成功已有半个多世纪（Oswald 和 Gotass 1957；Delrue 等人，2016 年）。 藻类植物修复的确为废水处理提供了一个有利于环境的解决方案，因为它可以有效地利用有机和无机养分（Nwoba 等人，2017 年）。 微藻培养物对于废水处理的后续步骤具有巨大的潜力，尤其是减少 “N”、“P” 和 “COD”（Nwoba 等人，2016 年）。 此外，微藻通过光自营养、混合营养和异养条件等不同营养条件生长的附加能力也提高了它从水基质中去除各种不同类型的污染物和化学物质的能力。 微藻在固定碳 (COSub2/Sub) 中的能力可以进行 COSub2/Sub 生物修复。 建立的同步 α-细菌关系对废水的生物修复也具有理想的协同作用（Munoz 和 Guieysse，2006 年）。 通过光合作用，微藻提供有氧细菌所需的氧气，用于矿化有机物以及氧化 NHSub4/Subsup+/SUP（穆尼奥斯和圭耶谢，2006 年）。 作为回报，该细菌为微藻的生长供应二氧化碳，显著减少了整个废水处理过程所需的氧气量（Delrue 等人，2016 年）。 一般而言，碳与氮比率低的废物废水基本上适合光合生物的生长。 最重要的是，微藻类家庭和农业废水处理是一个有吸引力的选择，因为该技术相对容易，而且与废水处理标准相比，它们所需的能源非常低。 在大型滚道池塘中优化微藻废水处理具有吸引力，因为它将有效处理有害废物产品和生产潜在价值丰富蛋白质藻类生物量相结合。 图 12.1 总结了用于通过厌氧消化和藻类栽培结合处理任何有机废物的闭环系统。

   12.3.5 藻类和水生物

   水产养殖和水产养殖系统中的微藻最常被视为滋扰, 因为它们可以通过堵塞管道来限制水流, 消耗氧气,

   ！ 综合水产/农业系统

   ** 图 12.1** 使用藻类培养物处理有机废物和潜在的最终用户的综合工艺系统。 （该过程是基于来自艾尔等人 2017 年和 Moheimani 等人的信息设计的）

   可能会吸引昆虫，降低水质，当分解可能耗尽氧气。 然而，Ad 等人（2017 年）的一项实验表明，藻类可以改善水生系统中的水质，有助于控制硝化过程中的 pH 值降，在系统中产生溶解氧，“生产多不饱和脂肪酸作为增值鱼饲料，增加多样性和改善对系统的恢复能力 '。 其中一个 “圣杯” 是生产至少一部分的食物，作为系统的一部分，在这里，需要研究生产藻类，这些藻类可以与水生水的一部分生长，最有可能是在一个单独的循环中进行，然后将其作为饮食的鱼。

4. 12.4 马拉松子和卤素

   Original publication 2019 · 首次发布于 FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   虽然淡水水生鱼是最广泛描述和实践的水生技术，但用于粮食生产的淡水资源（农业和水产养殖）越来越有限，土壤盐度在世界许多地区逐步增加（Turcios 和 Papenbrock，2014 年）。 这导致人们越来越关注和/或转向替代水源（例如咸水至高盐水以及海水），以及使用欧西卤素或盐水鱼、盐生植物、海藻和低耐盐糖植物（Joation 等人，2016 年）。 值得注意的是，虽然地下水中的盐水含量估计仅占世界水资源总量的 0.93%，为 12,870 000 韩元/苏普，但这比占所有淡水储量的 30.1% 的地下淡水储量（10,530,000 千克素普/苏普）还多。（2016 年）。

   在水生动物中使用盐水是一个相对较新的发展，与大多数新的发展一样，需要在坚实的基础上确定用于描述各种类型的范围/等级的术语。 在其短暂的历史中，马拉松学（即海洋水生物）一词被用于海水水生物（SA），换句话说，使用海水和咸水的系统（Gunning 等人，2016 年）。 这些系统主要位于陆地、沿海地区，而南澳大利亚则靠近海水源。 但也有鱼类和植物生长，并且可以用于水盐度不同的水生单位。 因此，虽然使用 “马拉松学” 这一术语来表达海水水生动物的词源学意义，但使用这个术语将咸水水鱼类术语称为没有意义。 因此，我们建议需要在水生词汇中添加一个新术语，这是 '卤素'，来自拉丁字晕 '，意思是盐，并将其与后缀 ponics 结合起来。 因此，Maraponics 是一个陆地综合多营养水产养殖系统，将海洋鱼类、海洋甲壳动物、海洋软体动物等的水产养殖与利用海洋生物（如海洋海藻、海藻和海水盐生植物）的水培生产相结合。强度海水 (约 35,000 分钟 [35 克/升]). 然而，在一系列盐度中利用海洋水平以下盐水的水生生态系统应称为卤素（略盐水-1000 至 3000 分钟 [1—3 克/升]、中度盐度 3000-10000 分钟 [3—10 克/升] 和高盐度 10,000—35 克/升]）。 这些系统也是陆地 IMTA 系统，将水产养殖生产与水生植物的水培生产相结合，但鱼类和植物都适应或在所谓咸水中生长良好。

   虽然马拉波尼学的概念是非常新的，但在 1970 年代，人们对陆上海藻综合海水养殖的兴趣开始出现，从实验室规模开始，然后扩大到户外试点规模试验。 在一些最早的实验研究中，Langton 等人（1977 年）成功地证明了在含贝类养殖污水的罐中培养的红海藻 _Hypnea 海藻的生长情况。 或者，通常被归类为糖植物的作物，例如常见的番茄（_Lycopersicon 叶氏菌 _），樱桃番茄（_Lycopersicon 叶氏菌 _ 变种）。 Cerasiforme）和罗勒（_Ocimum Basilum _），可以在高达 4 g/L（4000 ppm）盐度的条件下实现非常成功的生产水平，并且通常被称为具有中等耐盐性（不要与抗高盐度的真正盐植物混淆）。 其他容忍低温盐度的作物包括萝卜、萝卜、生菜、甘薯、蚕豆、玉米、白菜、菠菜、芦笋、甜菜、南瓜、西兰花和黄瓜（Kotzen 和 Appelbaum 2010；Appelbaum 和 Kotzen 2016）。 例如，Dufault 等人（2001 年）和 Dulau 和 Korkmaz（2000 年）分别试验了虾废料（虾粪物和分解饲料），作为西兰花（斜体花）和甜椒（辣椒）生产的肥料。 虽然他们的研究没有使用马拉松技术，但它们涉及的植物通常使用水生（淡水）技术种植。 因此，由于其耐盐度水平，这些作物具有巨大潜力，可作为低至中盐度卤素卤素系统生产的候选品种。

   最近，一些研究表明，利用水培技术或作为循环水产养殖系统的一部分，可以利用海洋系统的水产养殖废水成功灌溉盐植物。 Waller 等人（2015 年）通过水培生产三种盐生植物，展示了从盐水（16 psu 盐度 [16,000 ppm]）中回收养分的可行性。水杨草（长尖刺玻璃麦汁）。

   迄今为止所进行的大部分马拉松式工作涉及两个营养层次的整合 — — 植物/藻类和鱼类。 然而，Neori 等人（2000 年）进行的一项实验可以看到一个包含两个以上营养水平的系统，该人设计了一个小系统，用于日本鲍鱼（Haliotis 碎片汉奈）、海藻（乌尔瓦乳和格拉西拉里亚鱼）和颗粒饲养金头鲷鱼 (_ 极光 ). 该系统包括未经过滤的海水（2400 升/天），抽到两个鲍鱼罐中，通过一个鱼缸排水，最后通过一个海藻过滤/生产装置，然后排放回海洋。 过滤器喂食软体动物也可用于这种系统。 Kotzen 和阿贝尔鲍姆（2010 年）和阿贝尔鲍姆和科岑（2016 年）比较了普通蔬菜的生长使用饮用水和适度盐水（4187—6813 ppm），并发现，罗勒（Ocimum ），芹菜（），韭菜（__), 生菜 ( 拉图卡萨蒂瓦 _ — 各种类型), 瑞士甜菜 ( 试用版外型 _. “青葱”），葱（）和豆瓣菜（）的表现非常好。

   与传统的作物和鱼类生产方法相比，马拉松化学 (SA) 和卤化剂具有许多优势。 由于它们使用盐水（海洋到咸水），对淡水的依赖减少，在世界一些地区淡水已成为非常有限的资源。 它通常在受控环境中实行（例如温室；受控流速罐），为密集生产提供了更好的机会。 许多马拉松式和卤素系统采用封闭式 RAS，配有有机和/或机械生物过滤器，随后水的再利用率很高，废水污染大大减少或消除，污染物被去除或处理。 即使是不是 RAS 的系统，也可以在排放前显著减少废水中的多余养分。 此外，通过使用含有低含量天然污染物的水和使用不含二恶英或多氯二苯并对二恶英或多氯二苯醚的替代水饲料（例如由大藻制成的新型饲料），可以减少或消除非拉斯化合物和卤素系统中污染物的发生。 水质的改善减少了疾病发生的可能性，因此大大减少了使用抗生素的需要。 由于它们的多功能配置和低水需求，马拉松化学和卤素能够在各种环境中成功实施，从肥沃的沿海地区到干旱沙漠（Kotzen 和 Appelbaum，2010 年），以及城市或城市周边住区。 另一个潜在的好处是，许多适合这些系统的物种具有很高的商业价值。 例如，欧元卤素欧洲鲈鱼（海鲈）和金头鲷鱼（海鲷）可以分别获得 9 欧元和 6 欧元/公斤的市场价格。 此外，食用盐生植物的市场价格往往很高，例如，海洋阿格雷蒂（沙尔索拉苏打）的市场价格为 4 欧元-4.5 欧元，在超市以 18 欧元/公斤的价格出售。

   因此，证据令人信服。 马拉波尼学和卤化学提供了一个充满活力和迅速发展的领域，有可能向社区提供一些服务，其中许多服务在本出版物的其他地方进行了探讨。

5. 12.5 垂直水上乐器

   Original publication 2019 · 首次发布于 FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   12.5.1 导言

   虽然水生动物可以被视为以更可持续和生产性的方式提高粮食生产的全球解决方案的一部分，在城市地区种植更多的粮食现已被认为是解决粮食安全和全球粮食危机的一部分（Konig 等人，2016 年），但水生系统本身可以此可以成为通过采用替代种植技术，学习垂直耕作和生活墙等新兴技术，提高生产力和可持续性（Khandaker 和 Kotzen 2018）。 此外，通过节省空间，它们可以更好地融入城市地区。

   在发达国家，大多数水生系统都放置在温室，以控制温度；例如，在北欧和北美，冬季气温过于寒冷，在西班牙、意大利、葡萄牙、希腊和以色列等地中海地区，夏季气温过于温暖。 当然，在受控温室种植食物还有许多额外的优势，例如能够调节相对湿度和控制空气流动，能够将鱼类和植物从疾病和害虫中隔离出来，并有可能添加 COSub2/Sub，以帮助植物生长。 然而，在温室中种植农产品可以很容易地通过以下方式提高成本：(a) 温室的资本成本（大致估计 2017 年美元/msup2/sup Arnold）和 (b) 包括供暖和冷却系统和照明在内的微气候控制等相关基础设施。 除了初始基础设施成本之外，还有具体的温室生产成本，其中包括供暖和冷却的能源/电力供应以及照明。

   由詹姆斯·拉科奇博士及其同事设计的维尔京群岛大学（UVI）系统（图 12.1）等大多数水生系统都使用水平种植槽或床，仿效传统陆地耕种模式来生产蔬菜（Khandaker 和 Kotzen 2018）。 换句话说，该系统依赖于通常升高到腰部左右的水平行/植物阵列，以便能够随时完成与植物有关的管理任务。 生活墙和垂直耕作技术方面的平行发展几乎是在水生动物发展的同时发生的，同样处于青少年发展阶段。 同样，随着越来越多的人参与，系统和技术发展也随之增加，以提高生产力和降低成本。 垂直生长系统（垂直耕作系统和生活墙）而不是水平床与鱼类和过滤罐相结合，是提高生产力的一个关键方法，因为与典型的生产数量相比，应该有可能增加蔬菜种植的数量水平床水上乐器。 UVI 水生系统（图 12.2）每平方米生产大约 32 株植物（Al-Hafedh 等人，2008 年），具体取决于生长的物种和品种，但正如汉达克和 Kotzen（2018）所指出的，每平方米大约可以生长 96 株植物。密度为三倍以上的 LW 系统

   ！

   ** 图 12.2** 典型的 UVI 系统示意图，说明鱼缸/过滤器/植物种植罐的比率为 2:1:5。 这表明，最大的面积被植物包括在内，正是在这个区域可以考虑节省空间。 （汉达克和科岑 2018）

   相比 UVI 横向增长系统 '. 保守的估计应至少将水平床生长的最大量增加一倍，达到 64 株植物 /msup2/sup。 在一个实验的生菜 (_L.CV. Touliatos 等人 (2016 年) 表明，“垂直耕作系统 (VFS) 提供了一个有吸引力的替代水平水培生长系统 (以及) 可以通过纳入人工照明在 VFS “。

   ** 垂直农业系统 (VFS) **

   在我们讨论垂直系统的具体要求之前，我们需要讨论可用的系统类型。 在 VFS 中，有三种主要的泛型类型（图 12.3）：

   1. 堆叠式水平床：床不仅仅有一张水平生长床，而是堆叠在层叠上的架子上。 这种安排意味着，在温室中，只有上层床面朝直接自然光线，所有层面都需要提供补充光线。 这通常是从上面的生长床下直接提供的。 原则上，这可能意味着生长的床位可以堆叠在温室允许的高度，但当然，在高处种植物意味着系统的管理困难更大，包括种植、维护和收获，需要剪刀式升降机和额外的能量来泵送富含营养的水提高到所有级别。 根据光明农业技术（Stole 2015），多达四个层次是有利可图的，任何高于这是无利可图的。 Slovel（2015 年）进一步指出，当需要剪刀升降机时，第二、第三和第四层的劳动力增加了 25%（图 12.3，图解 A）。

   ！ 图片-3

   ** 图 12.3** 垂直耕作系统及其照明装置

   2. 垂直塔系统 (VTS)：垂直塔系统包括在一个容器或一系列堆叠模块内的垂直阵列中种植工厂的系统。 根据系统的不同，植物种植面向一个方向，或者，例如，如果它们以管状的形式种植，那么它们可以安排面向任何方向。 垂直阵列系统的一个例子，其中植物面向单个方向生长的 ZipGrowSuptm/SUP 可以挂起或支撑成行（图 12.3，图示 B1）。 之间的行大约为 0.5 米（20 英寸）。 以更加立体的方式生长在堆叠系统或管状系统中可以生长更多的植物，但照明更复杂（图 12.3，图 B2）。

   3. 阶梯层：这些系统包含刚性或移动的工厂槽。 新加坡的 SkyGreenens VFS 使用旋转槽系统，将水槽向上移动并进入光线。 附加的自然光对顶部更显著，而底部则较少（图 12.3，图示 C1）。 其他层系统采用步进式设计，使每一层都有一个无障碍的接口，无论是来自温室屋顶的自然光还是人造光。 但是，这些系统必须相当低，才能让人们到达植物（图 12.3，图解 C2）。

   ** 生活墙 **

   除了在伦敦格林威治大学（Khandaker 和 Kotzen 2018）等一些试验系统之外，生活墙尚未用于水上乐园。 虽然大多数 VFS 使用营养膜技术 (NFT) 生长通道或封装的矿棉块，但 LW 有时也会在盆或槽中使用土壤类型的基材，这些基质可以提供生根介质。 虽然这对于种植观赏植物以及蔬菜和草药都是很好的，但如果与鱼缸结合使用，系统中的任何土壤都可能会使系统的微生物特性复杂化，并对鱼类造成不利影响。 然而，这是未知的，需要进行研究。 在格林威治大学（Khandaker 和 Kotzen 2018）进行的实验表明，从多种单一的惰性基材（包括水利、珍珠岩、稻草、苔藓、矿棉和椰子纤维）中，椰子纤维和矿棉在根部渗透方面都有优越的优势和生菜根生长（__）。

   ** 垂直与横向：要考虑的因素 **

   在比较垂直增长与横向增长相比的效益 (生产力和可持续性) 时，需要考虑四个关键方面。 这些是 (1) 空间，(2) 照明，(3) 能源和 (4) 生命周期成本。

   1. _ 空间 _

   能够垂直、背靠背地种植农产品的好处需要与提供均匀分布照明所需的空间以及管理和维护所需的行空间进行平衡。 水培系统中一行的宽度会有所不同。 如前所述，标准的 ZipGrowSuptm/SUP 系统约为 0.5 米，而种植西红柿和黄瓜的通常行宽从 0.9 米到 1.2 米不等（巴杰里-帕克和詹姆斯 2010 年）。 种植较小的植物，如生菜和草药，如罗勒，可能允许更窄的行，但当然，行宽必须确保产品不会因移动推车和剪刀升降机等物品而受到影响。 垂直增长的一个关键问题是具有固定行和固定照明之间发生的冲突，这需要位于种植外墙之间的行。 这些灯会阻碍人们的移动，因此灯需要 (i) 生长结构的一部分，或 (ii) 可伸缩或移动，以便工人能够随时完成任务，或 (iii) 种植结构是可移动的，灯保持静止。

   2. _ 照明 _

   蔬菜和其他植物的温室生产依赖于具体的空间安排，这些安排允许种植、通过生长进行管理，然后收获。 空间安排将取决于植物的类型和所安装的机械化类型。 此外，增长有效地依靠补充的额外光的不同类型，这些都有自己的优点和缺点。 一般来说，这些灯具的作用是为植物生长和水果或花卉生产提供特定的波长。 虽然水平生长的植物相对简单而且更常见，但对垂直表面均匀照亮更是一项挑战。

   在照明类型方面，许多生产商已经转向或试图安装 LED（发光二极管），因为它们的使用寿命长达 50,000 小时或更长（Gupta 2017），其低功耗要求以及最近降低了成本。 Virsil 等人在 Gupta（2017）中指出，LED 照明在温室中的大多数应用都选择红蓝波长的组合，具有高光子效率，但绿色和白色光对植物有积极的生理影响。 然而，蓝色和红色的灯光组合产生了一个紫灰色的图像，这妨碍了对植物健康的视觉评估。 选择波长的类型是复杂的，可以在植物的生命的不同阶段，甚至根据品种，例如，生菜。 红叶生菜，例如，对蓝色 LED 照明作出反应，增加了色素沉着（Virsile 等人，2017 年 Gupta）。 此外，蓝色 LED 照明可以改善绿色蔬菜的营养品质，减少硝酸盐含量，增加抗氧化剂和酚类等有益化合物。 光谱也会影响味道、形状和质地（Virsile 等人，2017 年 Gupta）。 LED 的成本显著下降，并且 LED 的功效提高，因此投资盈亏平衡回报时间缩短了（Bugbee 2017 年 Gupta）。

   当然还有其他照明，其中包括荧光照明、金属卤化物（MH）照明和高压钠（HPS）照明。 在垂直耕作中使用的照明类型和生活墙壁，因规模和位置的不同而有很大差异。 紧凑型荧光灯 (CFL) 相对较薄，可以很容易地装入狭小的空间，但它们需要一个电感镇流器来调节通过管道的电流。 CFL 仅使用 20—30% 的白炽灯泡，它们的使用寿命延长 6 到 8 倍，但它们的效率比 LED 低近 50%。 它们是迄今为止最便宜的三种主要类型的生长灯。 HPS 种植光技术已经超过 75 年，是在玻璃下生长的良好基础，但它们产生大量的热量，因此不适合垂直耕作和生活墙壁，在这些地方需要将光线传送到相当靠近植物。 另一方面，LED 生长灯产生的热量是最小的。 然而，成本高于其他两种类型，需要对长期暴露于 LED 进行眼睛保护，因为长期暴露于光谱可能对眼睛造成损害。 VFS 装置的布局将决定照明布局，但总体而言，这些灯光是由 LED 点亮的。 照明生活墙壁的方法将取决于墙壁的高度。 墙壁越高，就越难以在表面上施加均匀的散布，尽管应该指出的是，使用的灯光数量应该与水平生长床中使用的灯光数量没有什么不同，如果墙高，那么灯可能需要交错。 由于大多数生活墙壁都是为了美学目的，因此需要尽可能保持照明，而且照明不仅要为植物的生长和健康提供足够的光线，还要使植物看起来很好（图 12.4）。

   ！ 图片-3

   ** 图 12.4** 一个 4 米高、5 米长的生活墙可以用六个高效放电灯充分照明。 请注意，这些选择不仅是为了提供足够的光线为生长，但也使植物在生活墙上看起来不错。 (格林威治生活墙大学. 资料来源：奔驰 Kotzen）

   LED 技术的进步，照明频率和强度可以根据个别物种和品种以及它们的不同生命周期进行设计，这意味着 LED 将在不久的将来成为首选技术。 减少费用将进一步加强这一点。

   3. _ 能源 _

   VFS 和 LW 可能需要更多的照明能源，因为即使是自然光线也无法在垂直表面上实现。 此外，还需要更多的抽水功率来进行灌溉，这将与 VFS 或 LW 的高度相对。

   4. _ 比较生命周期分析 (LCA) _

   虽然有许多关于水生物的生命周期分析和水生生态系统的各个方面的研究，但没有比较研究可以比较垂直与水平水生物学。 这项工作尚未完成。 我们正在达到这样一个地步，即垂直水生物很可能需要进一步的测试和研究，并且在时间上将垂直耕作系统或活壁系统与鱼缸和过滤装置相结合的垂直水生生物学有可能成为更加主流，只要这些可能是有利可图的可持续发展.

6. 12.6 生物氟氯化物技术（BFT）应用于水生物

   Original publication 2019 · 首次发布于 FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   12.6.1 导言

   Biofloc 技术 (BFT) 被认为是水产养殖领域的新的 “蓝色革命” (Stokstad 2010)，因为养分可以在培养基中持续回收和再利用，受益于原位微生物生产以及最低或零水交换 (Avnimelech 2015)。 这些办法可能在该部门面临一些严重挑战，例如争夺土地和水以及排放到环境中的废水，其中含有过量的有机物质、氮化合物和其他有毒代谢物。

   BFT 于 1970 年代初由法国海洋开发研究所法国海洋研究所（太平洋海洋中心）的 Aquacop 团队首次开发，其中有不同种类的虾，包括凡纳米龙虾、苯甲鱼和皮纳鱼（Emerenciano 等人，2011 年）。 在同一时期，Ralston Purina（一家美国私营公司）与 Aquacop 有关的技术应用于水晶河（美国）和塔希提岛，从而使人们更好地了解生物氟素对虾养殖的好处。 其他一些研究使得 BFT 的综合方法得以实现，并研究了水、动物和细菌之间的相互关系，将 BFT 与 “外部结肠” 进行比较，但现在应用于虾。 在 20 世纪 80 年代和 90 年代初，以色列和美国（瓦德尔海产养殖中心）分别在 BFT 开始与罗非鱼和太平洋白虾 L. vannamei 开展研发，其中环境问题、水资源限制和土地成本是促进研究的主要致病因素（埃梅伦恰诺等人，2013 年)。

   ！

   ** 图 12.5** Biofloc 技术 (BFT) 应用于巴西的海洋虾养殖 (a) 和墨西哥的罗非鱼养殖 (b) (资料来源：巴西 EMA-FURG 和毛里西奥 ·G· 埃梅伦恰诺)

   第一个商业 BFT 业务开始于 1980 年代在法属波利尼西亚塔希提岛的 “Sopomer” 农场，2000 年代初在位于中美洲伯利兹的伯利兹水产养殖场（BAL）开始。 使用 1000 msup2/SUP 混凝土罐和 1.6 公顷内衬的种植池获得的产量约为每年 20—25 吨/公顷，苏波梅尔有两种作物，在巴尔分别为 11—26 吨/公顷。 最近，BFT 在亚洲、南美洲和中美洲以及美国、欧洲和其他地区的小型温室成功地扩大了大规模养虾。 在墨西哥、巴西、厄瓜多尔和秘鲁，BFT 至少在一个阶段（例如幼儿园阶段）的使用取得了巨大成功。 在商业规模的 _ 罗非鱼文化方面，墨西哥、哥伦比亚和以色列的农场正在使用 BFT，产量约为 7 至 30 千克/毫米/毫米/苏普/苏普（2015 年阿维尼米勒）（图 12.5b）。 此外，该技术已被使用（例如在巴西和哥伦比亚）生产罗非鱼青少年（\ ~30 克），以便在笼子或土池中进一步存货（Durigon 等人，2017 年）。 BFT 主要应用于虾养殖，并在一定程度上用于罗非鱼。 对其他物种进行了测试并展现了前景，例如：银鲶鱼（）（波利等人，2015 年）、鲤鱼（赵等人，2014 年）、食人鱼（白龙鱼）（Sgnaulin 等人，2018 年）、卡卡卡马（., 2011) 和其他甲壳动物物种，如 _ 大鼠（螃蟹等人，2010 年），巴西法兰西法兰西斯（艾梅伦恰诺等人，2012 年），F. 保伦西斯 _（巴列斯特等人，2010 年），— — — — — — 半松尾藻 — —（大型，2010 年），他人, 2011 年) 和蒙特顿 (阿诺德等人, 2006 年). 越来越多的大学和研究中心开展研究，特别是在成长管理、营养、繁殖、微生物生态学、生物技术和经济学等关键领域开展研究，从而显而易见。

   12.6.2 BFT 是如何工作的？

   微生物在 BFT 系统中发挥着关键作用（马丁内斯-科尔多瓦等人，2015 年）。 维持水质，主要是通过控制细菌群落对自营养微生物的保持，采用高碳氮比 (C: N)，因为氮副产物很容易被异养细菌吸收。 在培养周期开始时，需要高碳氮比，以确保最佳的异养细菌生长，将这种能量用于其维持和生长（Avnimelech 2015）。 此外，其他微生物基团在 BFT 系统中也是至关重要的。 化学自营养细菌群落（即硝化细菌）在大约 20-40 天后稳定，可能会导致系统中氨同化的三分之二（Emerenciano 等人，2017 年）。 因此，应减少外部碳的添加，微生物消耗的碱度必须由不同的碳酸盐/碳酸氢盐来源取代 (Furtado 等人，2011 年)。 零或最少水交换的稳定性取决于细菌、微藻、真菌、原生动物、线虫、轮虫等群落之间的动态相互作用（MartinezCordoba 等人，2017 年）。 聚集物（bioflocs）是一种丰富的蛋白质脂质天然食物来源，由于有机物、物理基质和大量微生物之间的复杂相互作用，每天 24 小时可用（Kuhn 和 Bodman，2008 年；Ray 等人，2010 年）。 微生物生产形式的自然生产力在储罐、滚道或内衬池塘中起着三个主要作用：(1) 在维持水质方面，通过吸收氮化合物产生原位微生物蛋白；(2) 在营养方面，通过减少饲料来提高培养可行性转化率和饲料费用下降; (3) 与病原体竞争 (艾梅伦恰诺等人, 2013 年).

   关于培养生物的水质，除了氧气以外，微粒有机物和有毒氮化合物的过量是生物氟化合物系统中的主要关切问题。 在这种情况下，氨氮去除的途径有三个：以较小的速度 (1) 通过藻类光自营养去除，并以较高的速率 (2) 氨氮的异养细菌直接转化为微生物生物量；(3) 自营细菌从氨转化为硝酸盐 (马丁内斯科尔多瓦等人, 2015 年). 这些系统中可用的硝酸盐以及在循环过程中积累的其他次要和主要营养物质可用作水生系统中植物生长的基质（Pinho 等人，2017 年）。

   12.6.3 水上乐器中的 BFT

   BFT 在水生系统中的应用相对较新，尽管 Rakocy（2012 年）提到了一个商业性的罗非鱼试点项目。 表 12.2 总结了最近在水生系统中使用 BFT 的主要研究。

   总体而言，结果表明，biofloc 技术可用于鱼类或虾类植物生产。 与其他传统水产养殖系统（如 RAS）相比，BFT 实际上提高了植物和鱼类产量，并提高了植物视觉质量（Pinho 等人，2017 年），但并非所有情况（拉赫曼 2010；Pinho 2018）。 Pinho 等人（2017 年）观察到，使用 BFT 系统的生菜产量高于清水再循环系统（图 12.6）。 这可能是由于

   ** 表 12.2** 世界各地在不同水生和植物物种的水生子系统中应用 BFT 的最新研究

   表 海神 tr 类 = "标题” 水生物种/th 日 植物种 /th 日 主要成果 /th 日 参考资料 /th /tr /thead Tbody tr 类 = "奇数” TD罗非卡/TD td 莴苣 /td td 与传统的水培溶液相比，Biofloc 技术没有提高生菜产量 /td td 拉赫曼 (2010 年) /td /tr tr 类 = "偶数” TD罗非卡/TD td 莴苣 /td td 与清水再循环系统相比，采用 BFT 提高了生菜的产量和视觉质量 /td td 皮尼奥等人 (2017 年) /td /tr tr 类 = "奇数” TD-罗非鱼 (幼儿园) /td td 莴苣 /td td 在幼儿期（1—30 g）使用 * 罗非 * 的植物性能（生菜）受到生物氟氯化物废水的负面影响，而两个植物周期（每个 13 天）后的 RAS 废水相比。 与 BFT 相比，RAS 中的植物视觉方面更好 /td td 品霍 (2018 年) /td /tr tr 类 = "偶数” TD罗非卡/TD td 莴苣 /td td 与不使用 BFT 过滤器的处理相比，过滤元件（机械过滤器和生物过滤器）的存在对水生系统的生菜产生了积极影响 /td td 巴尔博萨 (2017 年) /td /tr tr 类 = "奇数” TD罗非卡/TD td 莴苣 /td td 低盐度（3 ppt）可以在水生物中使用 BFT 进行。 视觉和性能参数表明, 紫色品种的性能优于光滑和清脆的品种 /td td 伦茨等人 (2017 年) /td /tr tr 类 = "偶数” TD银鱼/td td 莴苣 /td td 在水生系统中使用 Bioflocs 可以提高生菜在与银鲶鱼的综合培养中的生产力 /td td 罗查等人 (2017 年) /td /tr tr 类 = "奇数” TD利亚斯纳米/i/td td /i /td td 不受 Is 的影响，含糊/i 综合水生产，同时也改善了养殖系统中的营养素（如氮）的利用。 /td td 皮涅罗等人 (2017 年) /td /tr /tbody /表格

   ！

   ** 图 12.6** 巴西圣卡塔琳娜州立大学 (UDESC) 的生物氟氯化物技术与 RAS 废水进行比较的实验性水生温室。 （资料来源：皮尼奥等人 2017 年）

   较高的微生物活性。 然而，Rahman（2010 年）的研究没有观察到这一趋势，他将 BFT 系统中鱼类养殖的污水与生菜生产中的传统水培溶液进行了比较。 此外，皮尼奥

   ！ 图片-3

   ** 图 12.7** 高盐度盐生植物 _ 与太平洋白虾相结合的水生产 _ 凡纳米生产 _ 成功应用生物氟化技术，巴西圣卡塔琳娜联邦大学 (UFSC)。 (资料来源：巴西土著人民委员会联合会)

   ！ 图片-图片上的

   ** 图 12.8** 使用 biofloc 技术生产与 _ 罗非鱼 _ 集成的水生菜（左）和悬浮固体积聚在生菜根部（右）。 巴博萨 (2017 年)

   （2018）在最近的一项研究中发现，在育儿期（1—30 g）使用 Tilapi_ 的水生系统中生菜的生产性能受到生物氟氯化碳废水的负面影响，而 RAS 废水在 46 天内相比。 结果的差异表明需要在这一领域进行更多的研究。

   BFT 可与低盐度水一起使用，例如与某些品种的生菜一起使用（Lenz 等人，2017 年），并且可以使用较高盐度的水，例如与太平洋白虾共同培养（皮涅罗等人，2017 年）（图 12.7）。 银鲶鱼 __ 也表现出很大的潜力，可以将水生生物与 BFT 结合起来（Rocha 等人，2017 年）。

   使用 BFT，固体的浓度会严重影响根源，影响营养素吸收和氧气的可用性。 因此，产量可能会受到影响，但也会影响植物的视觉质量（例如生菜），这是消费者的一个重要标准。 考虑到这一点，固体管理是进一步研究的一个重要课题，其中考虑了应用 BFT 时固体（颗粒分数和溶解分数）在水生生态系统中的影响（图 12.8）。 此外，需要进行经济研究，比较各种水产养殖和植物种植系统所涉费用，并确定相对于不同地点和条件的适当性。

7. 12.7 双重分子法

   Original publication 2019 · 首次发布于 FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   为沼气生产而对特定栽培的生物量以及农业活动中残留的植物材料进行厌氧处理是一种公认的方法。 细菌不可消化的消化区被返回田野作为肥料和建立腐殖质。 虽然这一过程在农业中普遍存在，但这一技术在园艺中的应用是相对较新的。 Stoknes 等人（2016 年）声称，在 “从食物到废物换食品”（F2W2F）项目中，首次开发了一种有效的方法来利用开发作为基材和肥料。 研究小组为这个圆形系统创造了 “双重子学” 一词。 与水产养殖相比，Digeponics 将水产养殖部分替换为厌氧消化器，或者，将其与含厌氧的三环水生养系统相比较时，水产养殖部分从系统中去除，留下两个主循环，即消化循环和园艺循环。

   以鱼类食品形式向水生系统提供所需的有机投入被人类食品生产中的食物垃圾替代。 与鱼饲料所产生的众所周知的、恒定的和可能营养优化的养分流相比，输入流中的营养成分不同，很可能需要比水生养分析和管理制度更为严格。

   生产的沼气主要含有甲烷和二氧化碳，可在设施内用于电力和热量生产。 由此产生的富含二氧化碳的废气可以直接用作温室中的肥料，与农业中使用的传统沼气厂相比，减少排放量。

   由于 “厌氧液体泥浆（含有）植物有毒物质、非常高的导电率（EC）和化学需氧量（COD）”（Stoknes 等人，2016 年），因此必须对其进行处理，使其适合植物施肥。 在 F2W2F 项目中，已经审查了几种调节方法。 消化器具有相对较高的含量，加上低成本食物废物的消化器的操作灵活性，缓解了一些往往归因于水生耦合系统的紧密耦合问题（见 第 7 章）。 因此，在水产养殖部分代表着挑战的情况下，双培养可以作为一种有趣的替代水产养殖方法。 关于已经由厌氧消化器循环组成的三环水生系统，将食物垃圾流用于有机投入可能是一个有趣的未来方向。 水产养殖污泥的甲烷产量相当有限。 目标明确地列入残余农业生物量，以优化甲烷产量，可提高整体绩效。

8. 12.8 维米培养学和水族学

   Original publication 2019 · 首次发布于 FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   在本章中，更不用提蚯蚓及其对水生动物的介绍，因此本章最后简要介绍了这些有害无脊椎动物及其将有机废物转化为肥料的能力。 据说，蠕虫和他们消化物质的方式是感兴趣的亚里士多德和查尔斯·达尔文，以及哲学家帕斯卡尔和索罗（Adhikary 2012），他们受到法律保护，根据埃及艳后。 蚯蚓在农业和园艺中受到重视，因为它们 '对土壤健康至关重要，因为它们通过废物将营养物质和矿物质从下方运送到地表，并且它们的隧道给地面充气'（国家地理）。

   玛丽·阿佩尔霍夫（Mary Appelhof）在 1970 年代初和 1980 年代出版了许多关于蠕虫堆肥的出版物。 当代粉末倾倒在大规模和小规模上进行，目的是消除有机废弃物，以堆肥和 “蠕虫茶” 形式生产肥料。 蠕虫茶可以通过浸泡蠕虫铸件或通过湿润或从沉淀中浸出自然润湿浸滤液从堆肥中浸出的营养物质来产生。

   Vermiponics 使用主要是红色的蠕虫，也称为虎蠕虫（Eisenia fetida）或（E.Foetida_）的蠕虫，在水培系统中提供营养物质。 当蠕虫被引入水生子系统时，我们建议将该系统称为 “维米-水壶”，以区分这些系统。 因此，它是将蠕虫引入水生系统的植物部分的生长床。 应该指出的是，蠕虫水生动物处于起步阶段，主要由业余爱好者和研究实验室实施。 蠕虫主要被引入植物生长介质，通常是碎石床，在那里它们可以帮助分解鱼类中的任何固体废物和植物中的任何碎屑，并为植物提供额外的营养物质，它们也可以被喂入食肉动物鱼。 在大多数情况下，床位属于洪水和排水类型，因此蠕虫不会经常在水下。

   ** 感谢 ** 作者感谢国家科学技术发展委员会 (项目编号 455349/2012-6) 和圣卡塔琳娜州立发展中心科学技术研究基金会 (项目编号 2013TR3406 和 2015TR453)。