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水下植物
本章讨论在水生系统中成功生产设备所需的理论和实践。 首先，报告强调了地面种植的作物生产与无土壤作物生产之间的一些主要差异。 接下来，我们就一些基本的植物生物学和植物营养概念进行了讨论，重点讨论了水生生物学的最重要方面。 之后，有一个简要的部分介绍选择蔬菜在水生单位生长的建议。 最后两部分涉及植物健康、保持植物健康的方法，以及关于如何充分利用植物生长空间的一些建议。
Food and Agriculture Organization of the United Nations — Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus, and Alessandro Lovatelli.
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基础植物生物学
Original publication · 首次发布于 FarmHub Learn · Food and Agriculture Organization of the United Nations
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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
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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。
大量营养素
有六种营养物质，植物需要在相对较大的数量。 这些营养物质是氮、磷、钾、钙、镁和硫。 以下讨论概述了这些大量营养素在植物内的功能。 还列出了缺陷的症状，以帮助查明问题。
** 氮 (N) ** 是所有蛋白质的基础。 它是建筑结构，光合作用，细胞生长，代谢过程和叶绿素的生产必不可少的。 因此，氮是植物中最常见的元素，碳和氧，这两者都是从空气中获得的。 因此，氮是水生养分溶液中的关键元素，也是其他营养物质的一种易于测量的代用指标。 通常，溶解氮是以硝酸盐的形式，但植物可以利用中等数量的氨，甚至游离氨基酸来促进它们的生长。 氮缺乏很明显，包括老叶变黄、茎细和活力不佳（图 6.5a）。 氮可以在植物组织中重新分配，因此可以从较老的叶片中调集到新的生长中，这就是为什么在老年生长中出现缺陷。 过量氮气会导致过多的植物生长，导致郁郁葱葱、柔软的植物容易受到疾病和昆虫损伤，并在花卉和果实中造成困难。
** 磷 (P) ** 被植物用作 DNA 的骨干（脱氧核糖核酸），作为磷脂膜的结构成分，以及作为三磷酸腺苷（在细胞中储存能量的组成部分）。 它是必不可少的光合作用，以及油和糖的形成。 它鼓励幼苗的萌发和根部发育。 缺磷通常会导致根部发育不良，因为能量无法正确地通过植物输送；老叶显得暗淡的绿色，甚至紫褐色，叶尖似乎烧焦。
** 钾 (K) ** 用于通过受控离子流通过膜进行细胞信号传输。 钾也可控制口腔开口，并参与花卉和果实套装。 它涉及生产和运输糖，吸水，抗疾病和果实成熟。 缺钾表现为老叶片上的烧斑，植物活力不佳和松脆（图 6.5b）。 没有钾，鲜花和水果将无法正确发展。 在边缘可能会看到静脉间氯化症，或叶片静脉之间的黄变。
** 钙 (Ca) ** 用作细胞壁和细胞膜的结构成分。 它参与加强茎，并有助于根源发展。 缺乏症在水培中很常见，并且在最新的生长中总是很明显，因为钙在植物中是不可移动的。 尖刻烧的生菜和开花结束腐烂的西红柿和西葫芦是缺乏的例子。 通常情况下，新的叶子会被迷上的尖端和不规则的形状扭曲。 钙只能通过活性木质蒸腾输送，因此，当条件太潮湿时，钙可以获得，但由于植物没有转移而被锁定。 通过通风口或风扇增加空气流量可以防止此问题。 添加珊瑚砂或碳酸钙可用于补充水生鱼中的钙，具有缓冲 pH 值的附加益处。
** 镁 (Mg) ** 是叶绿素分子中的中心电子受体，是光合作用的关键元素。 缺陷可以被看作是叶片变黄的静脉之间尤其是在老部分的植物。 虽然镁的浓度有时很低，但它似乎并不是一种限制性的营养物质，并且在系统中添加镁一般是不必要的。
** 硫 (S) ** 对于生产某些蛋白质，包括叶绿素和其他光合酶至关重要。 氨基酸蛋氨酸和半胱氨酸均含有硫，这有助于某些蛋白质的三级结构。 缺陷很少见，但包括在新生长过程中整个树叶的全面黄变（图 6.5c）。 叶子可能变成黄色，僵硬和脆，并脱落。
微量营养素
下面是只需要微量的营养物质的列表。 大多数微量营养素缺乏症涉及叶片变黄（如铁、锰、钼和锌）。 然而，缺乏铜会导致叶片变暗绿色。
** 铁 (Fe) ** 用于叶绿体和电子传输链，对于正确的光合作用至关重要。 缺陷被认为是介入性的黄变，其次是整个树叶变成淡黄色（氯绿色），最终出现坏死斑块和叶边扭曲。 由于铁是一种不可移动的元素，因此如果新的叶片出现氯化，很容易识别缺铁（图 6.5d）。 铁必须作为螯合铁添加，也称为螯合铁或 FeEDTA，因为铁在 pH 值大于 7 时会沉淀。 如果怀疑存在缺陷，建议添加 5 毫升的生长床；较大的量不会损害系统，但可能会导致罐体和管道变色。 有人提出，浸没式磁驱泵可以螯合铁，是目前研究的主题。
** 锰 (Mg) ** 用于在光合作用过程中催化水分裂，因此锰对整个光合作用系统具有重要意义。 缺陷表现为生长率下降、暗淡的灰色外观以及静脉之间的介入性黄变，然后是坏死。 症状类似于缺铁，包括氯化症。 pH 值大于 8 时，锰的摄入量非常差。
** 硼 (B) ** 被用作一种分子催化剂，特别是用于结构多糖和糖蛋白、碳水化合物运输以及植物中一些代谢途径的调节。 它还参与繁殖和细胞吸水。 缺陷可能被视为不完整的芽发育和花束、生长中断和尖端坏死以及茎根坏死。
** 锌 (Zn) ** 用于酶和叶绿素，影响植物的整体大小、生长和成熟。 缺陷可能被注意到为活力不佳、生长发育迟缓、节点间长度和叶片尺寸减少、静脉注射氯化症可能与其他缺陷混淆。
** 铜 (Cu) ** 用于某些酶，尤其是在繁殖过程中。 它也有助于加强茎。 缺陷可能包括氯化症、棕色或橙色叶尖、果实生长减少和坏死。 有时候，缺铜表现为异常的暗绿色生长。
** 钼 (Mo) ** 被植物用来催化不同形式的氮氧化还原反应。 如果没有足够的钼，植物可能会出现缺氮的症状，虽然存在氮。 在 pH 值小于 5 的情况下，钼在生物上不可用。
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其中许多营养物质的供应取决于 pH 值（见 6.4 节，了解 pH 值依赖性），虽然可能存在营养物质，但由于水质，它们可能无法使用。 有关本出版物范围以外的营养素缺乏的更多详情，请参阅 “进一步阅读” 部分，了解图解识别指南。
水生养分来源
氮主要以硝酸盐的形式提供给水生植物，通过细菌硝化从鱼类废物的氨转化。 其他一些营养物质溶解在水中从鱼类废物，但大多数仍然处于固体状态，是不可用于植物。 固体鱼类垃圾被异养细菌分解；这种作用将必要的养分释放到水中。 确保植物不会出现缺陷的最佳方法是保持最佳水 pH 值 (6-7)，喂鱼均衡和完整的饮食，并使用饲料速率比平衡植物的鱼饲料量。 然而，随着时间的推移，即使是完全平衡的水生系统也可能缺乏某些营养物质，最常见的是铁钾或钙。
这些营养物质的缺乏是鱼饲料的组成造成的。 鱼饲料颗粒（在第 7 章中讨论）是鱼类的完整食物，这意味着它们提供了鱼生长所需的一切，但不一定是植物生长所需的一切。 鱼根本不需要相同数量的铁，钾和钙，植物需要。 因此，可能会出现这些营养物质的缺陷。 这可能对工厂生产造成问题，但有解决方案可以确保这三个元素的适当数量。
一般来说，铁经常作为螯合铁添加到水生生态系统中，以达到约 2 毫克/升的浓度。 将水缓冲至正确的 pH 值时添加钙和钾，因为硝化是一种酸化过程。 它们被添加为氢氧化钙或氢氧化钾，或作为碳酸钙和碳酸钾（详见第 3 章）。 缓冲液的选择可以根据栽培的植物类型进行选择，因为绿叶蔬菜可能需要更多的钙和结果植物更多的钾。 此外，第 9 章讨论了如何从堆肥中生产简单的有机肥料，作为鱼类废物的补充，确保植物始终得到适量的营养物质。
- 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。 *
土壤和无土作物产量的重大差异
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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。
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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。
#可持续的单种植业
通过无土栽培，年复一年地种植同样的作物是完全可能的。 地面单一植物更具挑战性，因为土壤变得 “疲惫”，失去肥力，害虫和疾病增加。 在无土培养中，根本没有土壤可以失去肥力或出现疲劳，所有阻碍单一种植的生物和非生物因素都得到控制。 然而，与多种培养相比，所有单一植物都需要更加注意控制流行病。
增加并发症和高初始投资
初始设置和安装所需的劳动力以及费用可能会阻碍农民采用无土文化。 由于植物生产单位需要由水产养殖装置支持，水产养殖设施也比水培养学更昂贵。 Aquaponics 是一个相当复杂的系统，需要对三组生物进行日常管理。 如果系统的任何一个部分出现故障，整个系统可能会崩溃。 此外，水上乐器需要可靠的电力。 总体而言，水上乐园比土壤园艺复杂得多。 一旦人们熟悉这个过程，水上乐器就变得非常简单，日常管理变得更加容易。 与许多新技术一样，有一个学习曲线，任何新的水生农民都需要专注于学习。 Aquaponics 并不适用于所有情况，在开始任何新的项目之前，应该根据成本权衡这些优势。
# 表 6.1
####### 土基和无土工厂生产总表
- 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。 *
植物健康、虫害和疾病控制
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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
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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。
手工检查和移除
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通过手工或使用高压水流清除严重的叶片或植物，有助于避免和/或延迟昆虫蔓延到周围植物（图 6.10）。 较大的害虫和幼虫也可作为鱼类的补充食物。 从针对叶子底部的软管喷洒水是一种非常有效的管理技术，对于许多类型的吸虫虫。 河流实际上可以杀死一些昆虫，其他昆虫被冲走。 这是有效的吸食昆虫，如蚜虫和粉蝇。 这是小规模系统上最有效的方法之一，但它可能只是一种临时的补救措施，因为流离失所的害虫可以返回植物。 它可以使用大量的水，并且在较大的系统中变得过于劳动密集。
陷阱
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放置在植物树冠上方的粘性陷阱在受保护的环境中（例如网房、温室）是有效的。 蓝色粘卡捕捉成人阶段的蓟马，而黄色粘卡捕捉粉蝇和微鳞翅目（图 6.11）。 粘性陷阱在室外条件下效果较差，因为新的昆虫很容易来自周边地区。 持续监测捕获的昆虫可以帮助农民采取具体措施，减少某些害虫的发生。 另一种对付害虫的有效方法是使用信息素诱饵陷阱。 它们吸引了特定害虫的雄性，从而减少了该地区的交配人口。
#####环境管理
保持最佳的光照、温度和湿度条件，在受保护的种植中容易改变这些条件，以促进植物的健康生长，并为害虫创造不利的条件。 例如，蜘蛛螨不能忍受潮湿和潮湿的条件，因此定时指向植物叶片的雾虫可以阻止侵害。
植物选择
有些害虫比其他害虫更吸引特定植物物种。 同样，同一物种的不同植物品种对害虫具有不同的抗性/耐受性。 这是一个原因，因为有些植物仍然没有受到影响，因此多种培养通常可以防止大型侵害。 此外，一些植物吸引和保留更多有益的昆虫，以帮助管理虫害种群（下文将详细讨论）。 从当地供应商和农业推广剂中选择耐药品种，以帮助减少疾病和感染。
#指示植物和物//作物
一些植物，如黄瓜和豆类，更容易受到蚜虫或红螨侵袭，因此可用于早期检测虫害流行情况。 通常，指示性植物沿较大花园的外部边缘种植。 在水生动物中可以采用的另一种战略是，在靠近水生系统但不在水生系统内种植的牺牲性植物或 “捕获植物” 上使用生物杀虫剂。 捕获植物（即蚕豆）吸引害虫。 这些植物可以生长在水生单元旁边的盆中，吸引害虫远离该单元，然后用杀虫剂处理（见下文）。 这种策略不会影响水生态系统或单位周围存在的有益昆虫。 虽然不纯粹是有机的，但如果存在大型侵袭，甚至可以使用商用合成杀虫剂处理捕获植物。 Fava 豆和矮牵牛（花）可用于捕获蓟马、蚜虫和螨虫。 黄瓜也被用来捕获蚜虫和料斗，而多汁的生菜幼苗则用于捕获其他食叶昆虫。
伴侣种植
伴随种植是种植者建设性地利用植物关系。 例如，所有植物产生的天然化学物质，他们从他们的叶子，花卉和根部释放。 这些化学品可能会吸引或排斥某些昆虫，并可提高或限制邻近植物的生长速度和产量。 因此，重要的是要了解哪些植物在一起种植时互相受益，以及最好避免哪些植物组合。 附录 2 提供了选择作物时使用的伴侣种植表。 当使用伴侣表时，集中精力避免坏的同伴，而不是规划好的伙伴。 一些植物从根部或叶子中释放化学物质，抑制或排斥害虫，这可以用于保护其他邻近植物。
受精
如上所述，过量的氮使植物更容易受害虫袭击，因为它们有更多的肉质组织。 使用饲料率比正确平衡营养素（见第 2 章和第 8 章）有助于植物生长更强壮，以抵御害虫袭击。 由于这个原因，当硝酸盐水平大于 120 毫克/升时，应交换一些水。
间距
种植密度高和/或修剪不足增加了对光线的竞争，鼓励虫害。 这种竞争最终使植物组织更加多汁，使害虫通过或病原体渗透，而狭窄的条件为害虫提供了庇护。 确保有足够的通风和阳光穿透透透过树冠。 正如前面所讨论的，许多植物有特殊需要的阳光或缺乏它。 通过将全阳光与耐遮阳植物相结合，可以加强生产，而不会引起竞争和削弱植物的风险。 在这种情况下，耐阴影的植物可以在爱太阳的树冠下生长。 通过这种方式，植物更健康，更耐害虫和疾病。
裁剪旋转
虽然水生单位可以作为单一养殖来管理，而不会面临土壤疲劳问题（土壤中天然存在的养分耗尽），但在多个季节连续生长同一种物种可能会对周围的害虫产生选择性影响。 因此，作物的变化，即使在短期内，也可能导致专门针对单一种植作物的害虫大幅度减少。
#####卫生设施
在每次收获结束时清除所有植物碎片，包括所有根部，有助于减少虫害和疾病的发生。 死叶和患病的树枝应始终如一地去除。 在没有蚊帐的户外条件下，建议将周围的植被减少到最低限度，以防止虫害蔓延到水生生物单位。 应将患病的植物和堆肥堆放在远离系统的地方，以防止污染。
化学品控制
如果在使用上述物理、机械和文化控制后仍然存在虫害问题，则可能需要使用化学品控制措施。 合成杀虫剂和杀虫剂绝不能用于水生动物，因为它们会杀死鱼类。 许多生物控制也对鱼类造成致命的影响。 所有化学品控制都应被视为水生系统中的最后手段，而且只有少量使用。 如果可能，例如对于 DWC 系统，最好将植物从系统中移除并处理，并允许化学品完全干燥。 附录 2 载有常见杀虫剂和驱蚊剂、其适应症及其对鱼类的相对毒性清单。
# 生物控制
至于植物农药，从微生物中获得的一些提取物对水生动物是安全的，因为它们具体作用于昆虫结构，不会伤害哺乳动物或鱼类。 在水生和有机农业中广泛使用的两种生物是苏云金芽孢杆菌 * 和 Bauveria Bassiana。 前者是细菌中的毒素提取物，损害昆虫的消化道并杀死它。 它可以喷洒在叶子上，专门针对毛虫、叶辊、蛾或蝴蝶幼虫，而不会损害其他有益的昆虫。 B. bassian 是一种发芽和渗透昆虫皮肤（甲壳素）的真菌，通过脱水杀害害虫。 真菌的有效性取决于喷洒孢子的数量和最佳的湿度和温度条件，理想情况下是湿热带地区的好剂。
# 有益昆虫-害虫捕食动物
最后，有益的昆虫是控制害虫的另一种有效方法，特别是在温室或巢房等受控环境中。 有益或捕食性昆虫（如花翅）被引入植物生长空间，以控制任何进一步的侵害。 使用有益昆虫的一些好处包括：在害虫中没有农药残留或农药引起的抗药性，在经济上是可行的（从长远来看，仅适用于大规模作业），而且生态上是无害的。 然而，使用这种方法成功防治害虫取决于对每种有益昆虫的详细了解，同时对害虫进行持续监测，以便正确地引进有益昆虫。 此外，有益的昆虫可以自然地吸引到户外系统。 许多这些有益的昆虫饲料花蜜在成年阶段，所以选择的水生单位附近的花卉可以维持一个群体，可以保持害虫的平衡。
重要的是要强调，这种控制方法从来没有完全消除害虫。 相反，害虫被抑制在一个紧密的捕食者关系。 这种方法已经被用于大规模的水生动物，但对于小规模的水生动物来说，可能没有足够的害虫使有益的昆虫早期生长，这可能会导致它们飞走。 选择使用的有益昆虫（见附录 2）应考虑到它们将作业的环境条件。
# 植物疾病和综合疾病管理
与大多数在无菌条件下管理的水培学不同，水培学利用一个复杂的微观生态系统，其中包括细菌、真菌和其他微生物。 这些适应良好的微生物的存在使得每个系统在受到害虫或疾病袭击时都更具弹性。 然而，成功的植物生产是为了避免疾病爆发的管理战略的结果，这些战略主要侧重于环境条件、虫害威慑（如粉蝇可能带有致命病毒）植物管理，以及使用有机疗法来帮助预防或治愈植物。 与 IPPM 类似，综合疾病管理依赖于预防、植物选择和监测，作为防治疾病的第一道防线，并且仅在必要时使用有针对性的治疗。
环境控制
温度和湿度在植物的健康管理中发挥着重要作用。 每种植物病原体（例如细菌、真菌或寄生虫；图 6.8）具有与植物不同的最佳生长温度。 因此，疾病发生在当年病原体比寄主更有利的某些地区和时期。 此外，水分对真菌孢子的萌发起着关键作用，这需要薄膜的水覆盖植物组织。 同样，一些细菌和真菌疾病的激活与地表水的存在严格相关。 因此，控制相对湿度和湿度对于减少疾病爆发的风险至关重要。 附录 2 载有鼓励几种常见真菌疾病的详细环境条件。
控制相对湿度，特别是在温室水生物中，尤其重要。 这可以通过动态或强制通风来实现，通过窗户和风扇创建水平气流，从而最大限度地减少温度差异和冷点发生冷凝。 流动的空气会持续混合，防止温度下降到露点以下；因此，蔬菜上的水不会凝结。
还应通过物理覆盖水面，避免鱼缸和/或温室内加气的 DWC 运河蒸发，因为蒸发的水会大大增加室内湿度。 由于管道持续暴露在阳光下，NFT 装置的管道在炎热季节容易受到高水温的影响。 介质床系统是一种最佳的妥协方案，因为床的顶部表面始终保持干燥（见第 4 章）。 最后, 建立在屋顶上的系统具有较干燥的小气候和良好的通风比地面, 这有利于植物的环境管理.
水温控制在避免真菌爆发方面起着关键作用。 水生动物中一种非常常见的疾病是由 pythium spp. 引起的根腐烂，这是一种土壤传播的病原体，可能由污染物质（土壤、泥炭、托儿所幼苗）意外引入系统。 与水培学不同，在水生动物中，这种真菌不会造成损害低于某些温度，因为其他微生物的竞争存在。 因此，必须将温度维持在 28-30 摄氏度以下，以避免孢子的指数级萌发，从而最终导致疫情。
还应注意种植密度。 非常高的密度减少了内部通风，并增加了植物之间的湿度。 由于在激烈的光竞争下，植物的生长没有巩固细胞，从而导致组织壁更柔软和更多肉质，因此，密集种植作物的疾病风险也会增加。 由于它们对害虫和/或病原体渗透的抵抗力有限，因此更容易发生疾病。
植物选择
植物品种对病原体具有不同水平的抗药性。 在某些情况下，使用已知耐药品种是避免疾病的最成功的方法。 因此，选择更适合在某些环境中生长的植物品种或对特定病原体具有较高耐药性的植物品种至关重要。 此外，许多种子公司提供了广泛的选择，对病原体有不同反应的植物。 使用根据特定环境自然选择的当地品种可以确保植物健康生长。
如果不可能控制某些疾病与抗药品种，明智的做法是转移到其他作物在关键季节。 在 pythium spp. 如果耐药品种的生菜和有益微生物无法控制的侵害，它是适当的转移到其他物种，如罗勒，更容忍病原体和高水温。
种子和/或幼苗必须从信誉良好的苗圃购买，该苗圃采用有效的疾病预防策略，并能确保无疾病产品。 此外，避免对植物造成伤害，因为断裂的树枝、裂缝、割伤和害虫损害往往导致疾病在同一地区爆发。
植物营养
营养极大地影响植物对疾病的敏感性。 它还会影响植物使用不同机制对疾病作出反应的能力，包括抗异藻（阻止食草动物殖植的过程）或抗生素（降落后或进食期间杀死或减少食草动物的过程）。 营养物质的正确平衡不仅提供了最佳的生长，而且还使植物不易受到疾病的影响。 虽然上文讨论了营养失调的描述，但表 6.2 概述了一些营养物质如何在疾病发生中发挥主要作用。
# 表 6.2
营养素对真菌疾病预防的影响
| ** 营养 ** | ** 效果 ** | | — | — | | ** 硝基 ** | 过度受精会使更多的肉质组织更容易发生真菌发作。 氮饥饿使发育迟缓的植物更容易受到机会性微生物的攻击。 | | ** 钾 ** | 加速伤口愈合，减少霜冻损伤的效果。 延迟植物的成熟和衰老。 | | ** 磷 ** | 改善营养平衡，加速植物的成熟。 | | ** 钙 ** | 降低一些根源和茎真菌疾病的严重程度。 影响抗真菌渗透植物中的细胞壁组成。 | | ** 有机硅 ** | 帮助植物产生特定的防御反应，包括释放酚类化合物对病原体的影响。 |
- 资料来源：阿格里奥斯（2004 年） 。 *
监测-检查和排除
早期发现和干预是疾病和虫害管理的基础。 因此，应定期检查植物，以确定可能导致感染的早期感染迹象或虫害存在。 每当植物出现损伤迹象或疾病初期阶段（枯萎、枯萎或根腐）时，切除受感染的树枝、叶片或整个植物是至关重要的，以避免疾病蔓延到整个作物。 此外，关于排斥问题，必须通过在防虫结构中种植植植物来强制控制粉蝇等病毒的潜在媒介（来源）（见第 6.5.1 节）。 此外，避免土壤污染以及使用消毒工具（例如用于修剪/收获的剪切）将有助于避免潜在病原体传播到系统中。 最后，监测和记录每种疾病的所有症状和进展情况是良好的做法，以确定今后的最佳预防和治疗方法。
处理-无机或化学
如上所述，水生动物是一个复杂的生态系统，比水培学更能抵御土壤传播疾病。 然而，在环境条件不利的情况下，如温室或热带气候相对湿度较高的情况下，某些疾病爆发可能仍然发生，需要加以控制。 由于水生动物是一个包含鱼类、植物和有益微生物的综合系统，因此不可能使用常规农业的标准疾病治疗方法（即化学杀菌剂），因为它们对鱼类有毒。 然而，有机农业使用的常见做法是可能的，只要这些做法不会伤害鱼类和/或细菌，或者不会在系统中积累，导致高于公认的阈值。 附录 2 列出了在有机农业中使用的应用要素和方法，也可用于水生动物对抗和避免不同疾病。 一般来说，使用这些方法的成功治疗取决于几种可对特定病原体产生协同作用的策略的组合。
治疗-生物
一些生物控制剂可用于水生动物，例如 * 毛皮草 * spp.、* 安瓿体 * spp. 和 * 细胞芽孢杆菌 *，这些是用于对抗特定疾病的培养微生物。 这些生物制剂可以应用于叶片或根部区域。 它们可以防止最常见的土壤传播疾病，包括毛病、粉状病变和一些细菌。 特别是，Thricoderma spp. 已证明有效控制 pythium spp. 和大多数土壤传播的病原体，而 * 安培体 * spp. 则可以抵消任何对粉状病菌进行无机或化学处理的需求。 在 Thricoderma spp. 的情况下，孢子可以在播种时分布在基底上，让有益的真菌保护植物从幼苗阶段开始。 使用前应咨询产品信息、生产商和分销商，以确定特定疾病的最佳治疗方法。
有关特定植物疾病的更多详细信息，包括识别、易感性和流行率，请参阅 “进一步阅读” 一节中的建议文本。
- 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。 *
植物选择
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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。
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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。 *
种植设计
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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）。
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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。
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- 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。 *
植物的水质
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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。
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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。
氨、亚硝酸盐和硝酸盐
正如第 2 章所述，植物能够采用所有三种形式的氮，但硝酸盐是最容易获得的。 氨和亚硝酸盐对鱼类有很大毒性，应始终保持在 1 毫克/升以下。 在一个功能正常的水生单元中，氨和亚硝酸盐总是 0-1 毫克/升，不应该是植物的问题。
- 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。 *