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第 19 章水鸭：有机调节中的丑小鸭

1. 19.1 导言

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

   Aquaponics 是一个集成的闭环多营养食品生产系统，结合了再循环水产养殖系统（RAS）和水培（Endut 等人，2011 年；Goddek 等人，2015 年；格雷伯和荣格，2009 年）。 因此，我们认为水产养殖系统是一个可持续的生态友好型食品生产系统，其中鱼缸中富含营养的水再循环并用于为蔬菜生产床施肥，从而充分利用传统水产养殖系统中丢弃的宝贵营养物质（Shahahahi 和Woolston 2014），并提出了一个潜在的解决方案，通常被称为水生生态系统富营养化的环境问题。

   有机农业还以国际有机农业运动联合会 (有机农联 2005 年) 所界定的再循环和资源最小化的自然原则为基础:

   有机农业是一个生产系统，维持 ** 土壤、生态系统和人类 ** 的健康。 它 ** 依赖于适应当地条件的生态过程、生物多样性和周期 **，而不是使用具有不利影响的投入。 有机农业结合 ** 传统、创新 ** 和 ** 科学 **，有利于共同环境，促进 ** 公平关系 ** 和良好的 ** 生活质量 **。

   由于这两个生产系统都具有循环性或系统性质，获得有机认证似乎是研究人员、系统设计人员或面向商业的水产生产商参与的一个自然步骤。 另一方面，水生动物和有机生产的基本原理差别很大。 从研究角度来看，人们可以争辩说，关于水产生物是否有机的讨论表明了农产食品系统思维两极之间的一个有趣的例子，即农产工业（常规）和农业生态（有机）。 不知怎的，水生动物需要在这个连续体中找到它的位置。

   本章的目的是阐明目前在认证水生产有机食品生产方面的障碍方面的现状，并讨论其基本原则、矛盾和对其可持续性的看法。 会议还将讨论从两个生产系统的理由和实施之间的联系中出现的未来可能的情景。 我们可以将有机农业和水产养殖都视为粮食生产系统，因为农民和水产生产者都面临着复杂的决策局面，涉及到相互关联的投入、外部因素（环境、市场、价值链等）的平衡和管理程序，以生产食品。

   19.1.1 水生产系统与应用技术

   目前的水生产系统通常按照应用于工厂生产部分的技术类型进行分类，以及集成是否耦合到植物和鱼类之间的一个单一循环中，还是分离为单独的循环。 植物生产中最常用的技术是：(1) 深水培养 (DWC) 或文献中通常被称为 UVI，因为最初在维尔京群岛大学开发，(2) NFT (营养液技术) 和 (3) '洪水与 Ebb'。 DWC 和 NFT 是应用于植物生产的最常见或 “经典” 技术，通常鱼类和植物生产连接到一个依赖的水和养分流循环中。 整个系统的这种独特联系和相互依存是一个极大增加风险的因素，也是建立大规模商业生产的主要障碍。

   前两个系统之间的主要区别与植物的生长方式有关。

   在 DWC 系统中，植物床是一种浮动系统，其中植物生长在漂浮在可变宽度的长罐中的木筏（通常是聚苯乙烯）上，既可作为广泛的生物过滤器，又可作为水缓冲液，调节温度和 pH 值波动。

   在 NFT 系统中，植物生长在水培塑料管道中，从现代园艺中众所周知。 供给管道的一层薄薄的营养水供给植物。 在 NFT 和 DWC 两种情况下，工厂的孔都是固定的，这就限制了生产者能够生产什么样的植物。 在一些水生系统中，DWC 和 NFT 的植物生长技术在运行单一水生循环时，同时提供了更大的灵活性和安全性（Kledal 和 Thorarinssdottir 2018）。

   在第三类，“洪水和 Ebbs” 中，植物种植在放置在（通常是可移动的）植物桌上的盆中，然后每天喂两三次，通过灌溉桌子 5-10 分钟。 植物表为生产者提供了灵活选择种植的植物和花盆的大小，以及使用土壤的前景，从而开辟了有机认证的可能性。

   近年来，解耦水生物开始成为适用于大规模商业水生产的生产系统（图 19.1）。 在分离的水生鱼类和植物生产中，每一个都有自己的供水循环，但也通过一个肥料罐相互连接，供应营养不足的植物。 这样，鱼类和植物生产之间的依赖性已经消除，但共生效益得以保持，允许投资于大规模商业生产。 目前有一些关于循环或耦合与分离水生的优势的争论（Goddek 等人，2016 年）。 然而，对于分离系统的状况尚未达成共识，因为只要水不向鱼类循环，它们就可以被视为另一种植物养分供应方法（Junge 等人，2017 年）。

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   ** 图 19.1** (a) 耦合 (b) 分离水联系统. （改编自彼得汉斯 2015）

   Aquaponics 作为一种可持续的食品生产方法，一般而言，全球越来越受到越来越多的兴趣，随着在商业范围内推广水产生的前景，人们对获得有机认证及其相关的产品价格溢价具有同等的兴趣。 根据克莱达尔和索拉林斯多蒂尔（2018 年）和 König 等人（2018 年），市场上可用的水生系统主要基于拉科奇及其同事所进行的研究（拉科奇 1999a、b、2002、2009 年；拉科奇等人，2001、2004、2006、2009 年），如前所述。技术 1 和 2），其中植物和鱼类在单数依赖环中连接。 同样，大多数生产系统，无论是基于 DWC、NFT 还是带有 “洪水和 Ebbs” 的可移动植物台，都没有使用有机生长介质，因此已经不能获得园艺部分的有机认证。 关于水生鱼类生产，一般只有少数商业淡水鱼种才能获得有机鱼饲料。 因此，除了各种投入因素之外，在商业规模上开始有机水生产方面也存在着限制因素。

   因此，我们可以看到，尽管人们对营销水生产作为环保食品生产体系的兴趣日益增长，但欧盟和美国目前的有机立法制度禁止水生物被认可（NOSB 2017）。 然而，讨论尚未完成，虽然它正在进行中，美国的一些私人认证机构允许认证蔬菜为有机（友好的 Aquaponics 2018）。

   19.1.2 水生动物与欧盟有机监管制度

   在欧盟，目前关于有机鱼和园艺生产的管理框架由欧盟理事会第 834/2007 号条例管理，而更详细的规则则则由欧盟委员会第 889/2008 号条例和 (欧共体) 第 710/2009 号条例作出规定。 然而，欧盟有机监管制度没有任何标准或条例来认证水生烃为有机物。 该有机条例的目标和原则是承认有机农业是一种以自然资源为基础的粮食生产（洛克雷茨 2007 年；艾伯哈特和里斯特 2008 年）。 这一点在执行条例附件中得到了支持，排除了不允许用于有机耕作的投入。 因此，使用 RAS 技术和无土蔬菜生产（水培）的水产养殖系统不能根据欧盟现行有机法规认证。

   然而，在水上乐器从业人员中，人们不断讨论水产养殖和有机认证问题。 首先，鱼类养殖方面的迅速工业发展以及市场多样化和对有机产品的需求，使得有资格获得有机价格溢价作为偿还商业水产养殖所需的高额资本投资的一种途径，在经济上是可取的。 第二，将无害环境的食品生产（如水产品）与已经确立的认证标签和消费者对可持续粮食生产的看法联系起来，似乎很自然，而不是承担创建一个全新的食品标签的高额交易成本。

   鉴于目前关于粮食生产资源有限、动物福利、水生环境可持续性面临的压力日益增加的讨论，以及水生生物技术的持续进步，本文询问为什么水生动物不能认证有机物。

   在下一段中，将审查欧盟制度下制造障碍水生动物的有机规则和条例。

2. 19.2 组织法规

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

   19.2.1 园艺有机规则

   在没有有机生长培养基的情况下，水培生产技术不能被认证为有机培养基，这已证明是将现有温室蔬菜生产者转为有机耕作计划的长期有效障碍（König 2004 年）。 对于园艺产品，欧盟的具体规定禁止在 “经典” 水产品制度下生产的产品获得有机认证：

   834/2007 条例 (12)：... 植物最好是通过土壤生态系统进行喂养，而不是通过添加到土壤中的可溶性肥料

   889/2008 文章 (4): 有机农业是基于主要通过土壤生态系统来滋养植物. 因此，不应允许进行水培种植，即植物在惰性培养基饲料中生长，含有可溶性矿物质和营养物质。

   由于水生物是基于使用鱼类污泥作为植物施肥的来源，因此没有矿物肥料起初似乎是向有机生产迈出的一步。 然而，“经典” 水生产系统开始使用无土水培技术的组件，因此，在这种系统下生产的植物不能被认证为有机。 为了理解有机管理中的这一禁令，应该记住，种植者开发并采用了水栽法，以应对温室种植者在以土壤为基础的密集型蔬菜种植系统中遇到的挑战，例如土壤传播的病原体富集土壤中遇到的挑战。 相比之下，有机园艺方法偏离了温室养殖必须如何看待才能避免这些挑战的问题。 他们的出发点是改变土壤的管理，而不是发明一种没有土壤的生产技术。

   除了以土壤为基础的生产这一一般原则外，有机园艺可以被视为提供大量种类作物的有机农业中的一个专门位置。 西红柿、黄瓜、胡椒、茄子等水果蔬菜的立法规定在天然土壤中种植。 与土壤一起出售的植物，如幼苗或盆栽草药，可被认证为有机。 先决条件是，该工厂可以在客户的温室或厨房窗口继续生长。 这意味着，从根部切断的草药束，沙拉需要在土壤中种植，才能获得有机认证。 允许用于有机生产的投入在执行条例中受到管制. 对于德国、瑞士和荷兰，有机生产投入的测试和批准工作由有机农业研究所负责，该研究所目前的目标是编制一份关于认证适合有机地位的投入的欧洲清单。

   有机温室生产中的营养素供应是一项挑战。 不仅水培生产系统中常见的矿物肥料不允许使用，而且在德国有机农民协会的特殊情况下（超越欧盟立法），还有动物来源的羟基酸盐（接受有机推广服务的访谈）。 温室种植者投资于基础设施，用永久性温室地板封闭天然土壤，在将现有温室基础设施转变为有机耕作方案方面，面临着长期有效的障碍，但盆栽草药除外（König 2004 年）。 在过去几年里，对温室基础设施的新投资促进了有机水果和蔬菜产量的增加，例如在德国。 然而，对于这些现代有机种植者来说，水生动物还没有提供任何解决方案，因为他们正在寻找适当土壤、改进作物轮作、有效微生物、堆肥等领域的答案。

   园艺正面临着一个普遍的挑战，即欧盟的有机规章在这方面并不十分详细。 从理论上讲，这为新的生产方法（如水生生产）留下了空间。 然而，在商业有机园艺和水产养殖的这一发展阶段，生产者的启动成本非常高，更不用说寻找关于生产管理、禁止、潜在产量等的信息了解。由当地认证机构逐个项目决定（König 等人，2018 年）。

   然而，由于有机农业的起点是以土壤为基础的生产，而且园艺、水产养殖和水产养殖是小部门，因此欧盟关于有机生产的管理制度可能不会在不久的将来发生变化。

   19.2.2 水产养殖的有机规则

   对于有机水产养殖，生产受委员会第 889/2008 号和第 710/2009 号条例的管制。 在第十一号决议草案 委员会条例（2009 年）明确禁止在有机水产养殖中进行再循环技术，但孵化场和托儿所的具体生产以及为了进一步生长露天池塘系统而销售鱼苗的具体生产除外。

   “第 11 号法案”

   最近的技术发展导致越来越多地使用封闭式再循环系统进行水产养殖生产，这种系统依赖外部投入和高能量，但能够减少废物排放和防止泄漏。 由于有机生产应尽可能接近自然的原则，在获得进一步的知识之前，不应允许使用这些系统进行有机生产。 只有在孵化场和托儿所的具体生产情况下才能特殊使用。

   由于再循环技术是水生生产系统的核心，因此，如果所有的加工产品都出售给消费者市场，目前还不可能获得水生产系统的完整有机认证。

   同样，关于露天池塘和海洋笼鱼类密度的有机规定主要是为了确保将鱼粪排放到水生环境中。 因此，根据池塘淡水交换水平，鱼类福利问题是与鱼类福祉有关的间接问题。 有机水产养殖系统的饲养密度通常是现代 RAS 系统中的 1/4 到 1/3，因此从经济的角度来看，这种技术的成本效益不高。 与此同时，我们需要研究和发展动物福利指标以及可行和有意义的动物福利监测工具，作为讨论具体饲养密度的先决条件。 只有这样，我们才能评估有机水产养殖系统中水产养殖部分的潜在经济可行性（阿什利，2007 年；Martins 等人，2012 年）。

   19.2.3 水生动物与美国有机监管制度

   与欧洲一样，美国正在讨论如何处理向植物提供养分的无土或土壤替代办法，以此作为资源节约型粮食生产的一种手段，并将其纳入或排除在有机认证计划之外。 尽管进行了这些讨论，但最新技术的状况与欧洲有些相似，但做法不同：最近，国家有机标准委员会的作物小组委员会提出了一项建议，要求根据美国农业部第 205.105 条禁止空气运动、水培运动和水培学做法《组织法规》（2017 年 NOSB）。 这项决定以 8:7 票被否决，但没有获得 10 票，使该决定成为 NOSB 向美国农业部的建议。 只有拒绝的空气运动找到足够的票数（14 的 15，NOSB 2017 年）。 因此，美国农业部农业营销服务局仅审查关于从有机认证中排除空气技术的建议（AMS 2018，第 2 页）。 由于过去经认证的有机认证机构之间的做法不统一，因此其中一些机构认证水耕作是根据国家有机方案 (NOP) 认证的有机水栽作物，而另一些机构则没有这样做。 这些不同的做法可以看出来是漫长的讨论过程的结果，但没有明确的结论，2010 年有 8 个认证机构认证水培作业是有机的，有机认证水培生产者增加了 33%（NOSB 2016：水培和水培学小组委员会报告）。 早在 2010 年，NOSB 就收到了一项关于温室生产系统的联邦规则的建议，基本上指出，“种植介质应含有足够的有机物，能够支持自然和多样的土壤生态。 因此，水培和气动系统被禁止使用 .'，但这一明确禁止并未纳入现行法律（NOSB 2010，2016:122）。 相反，从 2002 年起，有机生产的更开放的定义已经到位，其中有机生产是根据该法和本部分条例管理的生产系统，通过将文化、生物和机械实践结合起来，以满足具体地点的条件。促进资源循环、促进生态平衡和保护生物多样性 "（NOSB 2016，第 7 页）。 水培和水生学小组委员会得出结论认为，“ 根据现行法律和 NOP/USDA 的澄清，只要生产商能够证明符合美国农业部有机法规，水培和水生生产方法在法律上被允许获得美国农业部有机认证。-第 11 段。 然而，困难在于有机生产是关于土壤的管理，而水耕是一个管理肥料的系统。 如果不解决这一差异，可能会导致一些模糊性和潜在的负面影响农民和消费者支持有机认证（AMS 2016）。 在（NOSB 2016，替代标签小组委员会报告）中，其他专家就 USDA 有机方案内或外部的标签如何出现提出了一系列想法。 由于缺乏标准和规范，这是标签的必要基础，工作组未能达成协商一致意见。 有人认为，如果在不同有机生产系统之间已经存在的巨大多样性中列入水生物，或增加一个额外的标签，这将对认证过程提出挑战，也会成为消费者混淆的根源。 有趣的是，美国农业部有机伞下标签替代品的建议，或除此之外，突出了轶事证据，表明水产养殖场的原则似乎吸引消费者，并且它们不需要有机认证才能生存（NOSB 2016，替代标签小组委员会报告，第 5 页）。

   总之，NOSB（2016）提供了从 1990 年代初到今天的详细流程描述，这也反映了参与本次讨论的利益相关者的不同意见。 1990 年《有机食品生产法》(OFPA) 在此基础上为美国 NOSB 制定联邦有机认证，此后，关于允许温室生产系统进行有机认证的讨论已经到位（NOSB 2016）。 到目前为止，讨论达成了一致意见，认识到有机农业的根源在于对土壤肥力和土壤质量的关切。 制定的所有有机耕作做法和标准都是以这一前提为基础的，任何关于其进一步发展的讨论都必须从这一角度出发。

   在讨论中，还涉及到更多的未决问题，即水培是否可称为有机。 在园艺温室作物的情况下，传统农业和有机农业的比较取决于一些研究不足或仍有争议的问题（NOSB 2017）：

   耕作方法的类型也可以解释有机产品和传统产品中存在的差异，例如，传统种植的温室蔬菜的次生植物代谢物的含量低于田间耕作的有机蔬菜。 允许水耕作物被认证为有机产品，这种目前传达的有机产品的附加值无法再作为附加值毫不含糊地传达给消费者。

   水培系统中的一个重要营养来源是水解大豆粉，美国种植者从欧洲进口，以确保无转基因采购符合有机标准。 这对整体可持续性产生了负面影响。

   有机农业的一项原则是处理复原力，水培和水生养殖系统对这一问题有疑问，因为它们高度依赖外部能源供应（传闻观察）。 反对者指出，有机农场同样不具备对严重自然灾害的 “抗灾能力”，但这两个群体在应用于这些生产系统时对其抗灾能力概念仍然有些不清楚。

   比较根表面的过程，即土壤中的微生物环境与水和营养素的吸收，是一个尚未解决的问题，反对者认为，关于这一主题的文献被认为是不够的。

   相比之下，在欧洲可以找到的所有关于为什么水培或水产养殖应该被认证为有机的论点也被引入美国的讨论。 然而，最引人注目的一点是缺乏关于直接比较系统的数据，以便能够系统地评估上述影响和优势。 总之，NOSB 拒绝将水培或水生系统标记为一般有机体系，因为（NOSB 2017，第 70—71 页）：

   § 6513 有机计划：“有机计划应包含旨在促进土壤肥力的规定，主要是通过适当耕作、轮作和粪肥来管理土壤的有机含量... 有机计划不得包括任何不一致的生产或处理做法与本章一起。”

   -§ 205.200 一般：“根据本分部分实施的生产实践必须保持或改善操作的自然资源，包括土壤和水质。” -§ 205.203 土壤肥力和作物养分管理实践标准：(a) “生产者必须选择和实施耕作和耕作方法，以维持或改善土壤的物理、化学和生物条件，并尽量减少土壤侵蚀。” (b) “生产者必须通过轮调、覆盖作物和应用植物和动物材料来管理作物养分和土壤肥力。” (c) “生产者必须管理植物和动物材料，以维持或改善土壤有机物含量...”

   后来，在 2016 年，给出了水培、水生和空气运动的定义，对于水生动物来说，（NOSB 2017，第 82 页）：

   Aquaponic 生产是水培的一种形式，其中植物得到他们的部分或全部营养物质从鱼类废物中以液体形式提供。 在这里，Aquaponics 被定义为一种循环水培系统，其中植物从水生动物废水中产生的营养物质中生长，其中可能包括使用细菌来改善这些营养物质对植物的可用性。 这些植物通过使用营养来改善水质，然后再循环回水生动物。

   NOP 对陆地有机生产中的动物粪便处理制定了严格的标准，但没有此类标准来确保水生脊椎动物粪便废物中产生的植物食品的安全。 此外，国家水产养殖方案尚未颁布有机水产养殖生产标准，水产养殖植物生产将依赖这些标准。 “农作物小组委员会反对允许水生产系统在此时获得有机认证。 如果将来发布水产养殖标准，并解决了对食品安全的担忧，那么水产养殖器可以重新排列。

   其中包括 “自然成年人” 认证、同行评审、基层认证，其中明确包括水上乐器（https://www.cngfarming.org/ 水quaponics）。 本认证涉及 2016 年 1 月开始的标准目录。 只有蔬菜产品获得认证，而不是鱼类部分，因为目前它（如鱼饲料）不符合牲畜认证的一般标准。 该标准规范了以下方面：系统设计和组件、主要系统组件和种植介质/根支持材料、水源、监测、pH 值调整投入、废物使用和处置、作物生产和管理、鱼类管理、位置和缓冲液、能源和记录保持。 该计划以同行检查计划为基础，不允许使用合成杀虫剂和杀菌剂、铜基农药、石化农药或杀真菌剂。 它不调节工厂部分的成分，但评估其功能：水调节、曝气、脱气、生物滤液和鱼类废物的清除。

   总而言之，美国有个别的有机认证机构认证水生产（零部件）为有机生产，但也有报告称农民声称有机生产未经认证的情况（友好的 Aquaponics 2018）。 在本章介绍之后，可能会出现影响有机认证主题的新发展。 此外，城市农业被宣布为农业，因此有资格获得农业资金的问题可能会在即将出台的新《美国农业法案》中得到更明确的地位。

3. 19.3 讨论情况和结论

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

   本章试图澄清与理解水生物目前为什么不符合欧盟和美国有机认证条件相关的监管方面。 与欧盟一样，美国有机农业背后的主要模式是简单地说，以自然的方式管理土壤。 在欧盟，有机水产品的有机认证决定不是由地方当局执行的，而美国在过去几年里这类行动有所增加，私人同行审查认证和个别有机认证机构的决定也有所增加。

   原则上，如第 24 段所述，一旦有新的科学证据，欧盟的所有有机条例都可以加以调整。

   第二十四号公告

   与有机农业相比，有机水产养殖是一个相对较新的有机生产领域，有机农业有着长期的经验。 鉴于消费者对有机水产养殖产品的兴趣日益增加，水产养殖单位转变为有机生产的可能性有所增长。 这将很快带来更多的经验和技术知识。 此外，计划的研究预计将产生新的知识，特别是关于密封系统、对非有机饲料成分的需求或某些物种的储存密度。 新的知识和技术发展将导致改善有机水产养殖，应反映在生产规则中。 因此，应作出规定，审查现行立法，以便酌情予以修改。

   因此，园艺、水产养殖和有机部门需要组织起来，整合来自不同领域的知识。 然而，由于专家和实践社区分散和分散，很难举行这种知识密集型讨论。 此外，这是一项知识密集型工作：NOSB 水培和水培学小组委员会指出，需要更多时间进行深入的理由（NOSB 2017；水培和水培小组委员会报告，第 2 页）。 在欧盟，参与监管和投入测试的最重要的有机研究所 (FIBL) 设在瑞士。 然而，由于其新的组织保护伞目前设在布鲁塞尔，预计今后几年的情况将会有所改善。 尽管如此，审查水培养和水产养殖的每一个组成部分的所有细节将提出新的问题，欧洲只有极少数有机温室和水产养殖专家能够回答。 随后，水上乐器行为者可能会讨论 (a) 循环经济方法，例如从生命周期评估的角度以及用于将其与土壤生产进行比较的建筑和生产部件的角度来讨论循环经济方法；(b) 考虑如何使用水生产的问题改善鱼类和植物生产的现场（可持续性）状况。 提出这些问题可能会激发人们对新的系统设计的水上乐器的想法，这些设计可能被有机社区认为是有趣的。 然而，这也可能会给实施大规模有机生产带来新的（或实际上是旧的）障碍，例如，考虑有机盆不会对水生沙拉灌木机构构成挑战，以便开发基于知识的物种特定饲养密度。 通过这种方式，系统设计变更可能会引起新的研究问题。

   目前，为有机部门开发水产养殖系统进行更多的合作研究和发展可能是一个有趣的途径，最好是在水产养殖、有机温室生产和有机水产养殖的开放专家和种植者中讨论和发展。 总而言之，非常需要在水生动物和有机利基地之间进行知识交流和讨论，以探讨各自生产模式的潜力和局限性，并就今后是否可以发挥作用达成某种共识。有机群落以及有机水生动物实际上可能是什么样子。 但是，由于企业家、农民、研究人员和社区对水生生物系统的不同愿景已经存在，什么能够证明它们都是与消费者沟通、营销和实现可持续发展目标的有机手段？ 在美国和欧洲，问题是谁将受益于水上乐器的有机认证？ 目前，在传统农业和有机农业制度中，水鸭似乎有点丑陋，但在未来它可能会变成一个美丽的可持续天鹅，并且可能被认证为有机？ !