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“水产养殖是目前增长最快的动物食品生产部门,很快将供应世界一半以上的海鲜供人类消费”。[1]它已被用于许多不同的文化,主要用于食品生产和清除有毒废物,如垃圾填埋场产生的废物。[2]不同类型的细菌和藻类已被用来处理这种废水(例如藻类江蓠)。[3]鱼菜共生是水产养殖的一个新兴部分,利用细菌、鱼类和植物之间的自然相互作用将废物转化为干净的水。

什么是鱼菜共生?

鱼菜共生是一种将水产养殖水培相结合的粮食生产方法。这种共生关系促进了一个几乎不需要投入的可持续系统。有益细菌不断积累,然后将鱼排泄物产生的毒素转化为植物所利用的营养物质。通过吸收这些营养物质,植物过滤水,为鱼类提供宜居的环境。这个循环有助于使水箱保持良好的状态,适合鱼类和植物。

Producing food with this method is about as organic as you can get. With this set up, there is no need for fertilizer because the fish waste is all that is necessary for the plants to grow. Herbicides also are not needed because there is no soil used to grow the plants, and could even be harmful to the fish. This system is especially great for areas with poor soil quality since it is not responsible for providing nutrients to the plants. You can grow large quantities of plants in small areas, without needing a large amount of land. Aquaponics is a great way to sustainably grow fresh fish and vegetables for a family, to feed a village, or generate a profit in a commercial farming volume. Not to mention the fact that you can produce your own dinner and side dish in one system. The best thing is that when your fish get big enough, you can eat them![4]

History

Aquaponics has recently resurged in popularity,[5] however, this masterpiece of engineering and biology was first employed by ancient civilizations[6] Around the thirteenth century, the Aztec civilization was the first to utilize aquaponics. They created complex agricultural islands called chinampas. These plant islands sat within lake shallows and were mixed with animal waste. This set-up allowed the Aztec people to take advantage of both the waste removal and food providing properties of aquaponics.[7] Polycultures were also created in China and Thailand where fish (as well as other species such as swamp eel and pond snail) were put into the rice paddies to aid in production of the plants and serve as another food source.[6]

Where is Aquaponics used?

Since the renewed excitement of aquaponics, countries around the world have started benefiting; these countries including the USA, those in South America, many parts of Asia, Australia and parts of Africa.[5][8][9][10] Even in the brackish water in the Negev desert there has been aquaponic systems set-up with adequate success of plant and fish growth.[11] Most operations fall under one of the following categories: research, educational, non-for-profit, commercial or private hobbyists.[1] Although most systems are small scale right now, the advancement in technology has led to a "steady increase in the number of commercial applications, two major areas of concern, namely profitability and waste management, have stimulated interest in aquaponics as a possible means of increasing profits while utilizing some of the waste products". A more detailed explanation of how the aquaponic system has been implemented in these different countries can be found in later sections.

Comparison of methods

In order to fully understand aquaponics, it is imperative to understand that it uses both methods of aquaculture and hydroponics to grow its sustainable crops. By learning about the two methods you can fully appreciate the advantages and disadvantages of these three farming methods.

Aquaculture

水产养殖是利用水生植物和动物之间的自然关系,以可持续的方式获得多种产量。这是如何实现的?通过智能设计,这就是永续农业的意义所在。

现在我请永续农业之父 Bill Mollison 引用《永续农业设计手册》第 13.2 章第 459 页“水产养殖案例”:

“直到过去几十年,我们已经能够从自然水系统中捕获足够的鱼类、软体动物和植物。现在情况已不再是这样,并且水生栖息地中生物的创造和培养出现了明显的新动力。

水文化具有经过长期考验且毋庸置疑的稳定性,许多水文化在没有外部投入的情况下也能持续数千年。水产养殖系统的稳定性和生产力优于迄今为止开发的陆生养殖系统。在能量或养分投入相同的情况下,我们预计水的产量是邻近土地的 4-20 倍。

简而言之,水产养殖与森林一样,是负责任社会未来的稳定职业,在这两个有益的系统之间,我们将看到现在用于畜牧业(注:他指的是有害的过度放牧)和单一作物的面积大幅减少(注:这基本上是生态种族灭绝)。后两种职业都是越来越不受社会青睐的企业,从任何角度(财政、健康、社会福利、能源效率或总体景观稳定性)来看,它们的产品都是明显的风险。

水产养殖作为一种高能耗的单一养殖,并不比其历史上的前身——大型谷物或单一作物农场更有效。当遇到社区芋头梯田文化时,它是最令人愉快、欢乐和具有社会价值的,而当遇到 100 公顷的密集虾或鲶鱼养殖场时,它是最令人沮丧的。因此,我自始至终的态度都是强调合理的产量和程序,但不鼓励‘一个物种的最大产量’的观点。”

水培法

水培法是一种在没有土壤的矿泉水溶液中种植植物的方法。该系统提供了一种更高效的种植方法,需要更少的空间、更少的劳动力和水。由于植物处于理想的水分条件下,它们不需要过多的水,而通常情况下,大量的水都被浪费了。这种类型的系统需要营养物质的输入。

优点缺点
有机农业
  • 有机农业已在市场上普及,因为它被认为是一种更健康的粮食种植方式。
  • 利用废物作为肥料。
  • 使用自然害虫防治。
  • 生物系统生产出味道更好、有时甚至更有营养的作物。
  • 比传统农业使用更多的土地。
  • 在大多数情况下,种植和认证有机作物的成本比其他耕作方法更高。
  • 随着农业综合企业取代小农场有机生产,美国农业部认证正在失去价值。
无机水培(使用开采和制造的肥料)
  • 在狭小的空间内生产大量农作物。
  • 将其与受控环境农业相结合,可以实现全年稳定的生产。
  • 依赖于制造和开采的肥料,这些肥料成本高昂,价格上涨,并且由于全球需求的增加而变得更难获得。
循环水养殖
  • 在狭小的空间内生产大量的鱼。
  • 由于高库存率和低容错率,再循环系统的故障率很高。
  • 产生大量废物流。
鱼菜共生(有机水培)
  • 鱼菜共生具有有机农业、水培、水产养殖的所有优点!加:
  • 鱼的排泄物为植物提供肥料。
  • 鱼不携带大肠杆菌和沙门氏菌等病原体,而温血动物则携带这些病原体。
  • 筏式鱼菜共生系统的高水量降低了鱼类生产的风险。
  • 鱼菜共生展示了鱼类和植物之间的自然循环,是这里介绍的四种方法中最可持续的。
  • 鱼缸里的生物量稳定,植物就能茁壮成长。
  • 管理需要有人接受过鱼类和植物饲养方面的培训。
  • 鱼缸的重大损失可能会扰乱工厂生产。

鱼菜共生食品生产:饲养鱼类和植物以获取食物和利润,Rebecca L. Nelson,John S. Pade 贡献

设计:主要特性和组件

鱼菜共生系统的显着特征之一是其构建方式多种多样。尽管存在这种多样性,但任何鱼菜共生系统都有五个关键组件:饲养池、固体去除、生物过滤器、水培子系统和污水坑(图 1;[5] 这些关键组件均实现以下功能:“有鳍鱼类和植物生产、去除悬浮固体和细菌硝化。[1]

图 1:鱼菜共生系统中重要的不同组件的不按比例图。

饲养池:鱼生长的地方

饲养技术有三种不同类型:顺序饲养、分割饲养和多个饲养单元。这些不同的技术各有优点、缺点并且需要不同的布局。例如,顺序饲养需要在一个水箱中饲养许多不同年龄组的鱼。这种设置比其他饲养技术简单。然而,当其他鱼被捕获时,它可能会给尚未完全长大上市的鱼带来压力,这也使得跟踪库存记录变得困难,并且发育不良的鱼避免被捕获。另一种饲养技术称为库存分割。在分流中,当第一个鱼缸达到承载能力时,鱼被随机分成两个不同的鱼缸。虽然这种技术有助于避免发育不良的鱼的残留,转移鱼引起的压力可能不利于其整体生长。最后一种常见技术是具有多个饲养单元的系统。在这个系统中,鱼群从不同的年龄开始,当鱼足够大时,就会转移到更大的水箱中。

固体去除:去除较大的有机废物

固体去除系统的类型取决于系统中产生的有机废物的量(即饲养了多少鱼到种植了多少植物)。如果鱼排泄物多于系统中植物数量所能维持的数量,则需要使用固体去除装置,例如微筛滚筒。

这些中间过滤器有助于收集固体并“在输送到水培蔬菜之前促进氨和其他废物的转化”。[10]这在商业规模的系统和已使用的澄清器中发挥作用(图2)。澄清器系统在锥体底部收集固体。它确实需要鱼在水箱中以可能靠近顶部的废物为食并保持管道清洁。澄清器后面还设置了网,以捕获从澄清器中逸出的多余有机废物。该网需要每周清洁一到两次。移除这些网很重要,因为有机物质的堆积会导致厌氧条件,从而杀死鱼。[5]养殖鱼类和植物需要某些水质参数,包括稳定的 pH 值、溶解氧浓度、二氧化碳、氨、氯、亚硝酸盐和硝酸盐。[10]从网上收集的污泥可用于给其他作物施肥,或者在城市环境中,可用于废水处理厂净化水。[5]在较小规模的系统中,废物清除可能是不必要的(相对于植物生长区域,鱼的数量较少)。[5]在这些系统中,通常有水从养鱼池直接流向“砾石水培蔬菜床”。[10]

图 2:A) 澄清器的工作原理是,水首先进入 B) 中央挡板,然后移动通过 C) 排放挡板离开或进入 D) 出口到过滤池或通过 E) 污泥排放口排出。[5]

生物过滤:利用细菌

鱼菜共生系统的一个重要部分是去除氨,氨是鱼鳃作为代谢废物排出的。[5]如果氨浓度太高,鱼就会死亡。[5]这是通过氨的硝化作用来防止的。在此过程中,氨被氧化成亚硝酸盐,然后氧化成硝酸盐。鱼菜共生利用这些天然存在的硝化细菌、亚硝化单胞菌和硝化细菌来介导这一过程。[5]

图 3:氮在自然界中经历的自然循环图。该图具体显示了硝化细菌、亚硝化单胞菌和硝化细菌在将有毒的亚硝酸盐转化为相对无毒的硝酸盐的过程中发挥着关键作用。[12]

这些自然产生的硝化细菌喜欢在不同表面的生物膜中生长。为了最大限度地促进鱼菜共生中的细菌生长,生物过滤器最常见的是用沙子、珍珠岩或砾石建造的。[5] [10]

图 4:鱼菜共生系统设置的简单图

水培系统:植物生长的地方

在区分不同类型的水培系统时,认识这些不同的生物过滤器也很重要。在较小的设施中,使用砾石是因为它对植物有钙益处。[5]这种类型的系统需要水的不断潮起潮落。该系统的缺点包括残留根部堵塞、微生物生长和缺乏完整的水循环(缺乏流动导致厌氧区和植物生产不良)。[5]流量不足还可能导致水质不佳和鱼类死亡。[10]如果鱼菜共生系统较大且无法选择恒定的水流,则沙系统是一个不错的选择。[5]建议使用较大颗粒的沙子,以防止管道堵塞。如果沙子和砾石都无法选择,珍珠岩是另一个不错的选择。[5]如果正在种植小根植物并且种植者愿意在进入水培部分之前去除所有固体,则基于珍珠岩的系统是很好的。如果不这样做,就会形成厌氧部分。[5]

集水坑:收集干净的水

集水坑是系统中抽水的地方。如果系统缺水,这里是补充水的好地方。[5]

科学理论:鱼菜共生系统如何运作

鱼菜共生是一种利用自然生物过程的循环系统。下面对该系统的每个部分(植物、鱼、水和细菌)进行解释:

植物:它们需要什么以及它们如何生长得最好?

首先,重要的是要选择最适合鱼菜共生系统的植物。该系统最适合营养需求低的植物,如豆瓣菜、罗勒、细香葱、菠菜、香草和生菜。[10]不过,西红柿和黄瓜也已种植。[13]如果由于水流不畅而产生厌氧条件,那么这些区域也可能导致植物生长不足。[5]

充满培养基的系统中番茄植株的示例。作者个人照片。

根类作物

尽管根类作物生长在岩石介质中,例如粘土卵石或砾石,但据说根类作物在鱼菜共生系统中生长得相当好。可以用鱼菜共生法种植的植物包括生菜、细香葱、西洋菜、罗勒、卷心菜、西红柿、南瓜和甜瓜。在鱼菜共生发展的早期,人们认为只能种植叶类作物。现在,加拿大艾伯塔省作物多样化中心已成功种植了 60 多种不同类型的食物。[14]

侵入根

不建议种植根部生长快的物种,例如薄荷。侵略性的根系会长入管道并占据整个系统。[4]

充满媒体的系统

由于培养基填充系统最常见于家庭食品生产,因此本节将详细说明,因为它涉及培养基填充方法。该方法的许多组件也用于 raft 和 NFT 系统。充满培养基的操作的基本部分是生长床、鱼缸和澄清器。当然,还需要单独的泵、曝气机构、热水器/冷却器、备用电源系统和各种使用 PVC 管道的管道系统。

生长介质

标准 1/4 英寸(0.66 厘米)砾石、珍珠岩或 Hydroton(一种常用于水培法的粘土卵石)可用作生长介质。砾石稍微便宜一些,但水力发电由于其均匀性,在某些情况下更容易种植。

体积

一条鱼需要大约 10 升或 2.5 加仑的空间。所以,如果你有一个 50 加仑的鱼缸,你可以养 20 条鱼。不过,拥有的水越多,将有助于稳定系统。建议的最小水箱尺寸为 250 加仑或 1000 升。生长床容积应与鱼缸容积相同。[4]较小的系统已经取得了不同程度的成功。

冲洗/填充系统

使用生长床时,必须定期淹没和排水介质。有几种方法可以实现这一点。

适当的流量对于将氧气输送到根部和细菌菌落至关重要。[4]有多种方法可以将水从生长床移回鱼缸。其中包括钟形虹吸管、溢流管、马桶阀门或定时器上的泵组。可以使用多种方法向介质填充系统中的水中输送适量的水、营养物和氧气。关键是流速能够使水在系统中循环,并且不会积累有毒水平的氨和亚硝酸盐。

植物营养素

根据您的系统,可能需要向水中添加某些营养物质。铁、钙、镁、钾和硼。这些可以每三周左右以螯合形式添加到水中。如上所述蚯蚓养殖补充鱼菜共生系统可以避免这种需求。

友好鱼菜共生公司制定了识别植物营养缺乏的指南

鱼类:最佳鱼类产量的要求

某些鱼更好,因为它们更能容忍变化。罗非鱼是系统中最常用的鱼类。[10] [5]该系统中包含的鱼类包括“罗非鱼、鳟鱼、鲈鱼、北极红点鲑和鲈鱼……罗非鱼能够耐受波动的水体条件,例如 pH 值、温度、氧气和溶解固体”。[10]前面提到的这些不同条件(氨、亚硝酸盐、硝酸盐、pH、溶解氧、二氧化碳)对于监测非常重要,以确保鱼类的最高生长速度。[10]这些条件可以通过“鱼的放养密度、鱼的生长速度、摄食率和体积”来直接或间接测量。[10]

鱼作为食物

根据您居住的气候,最好使用您所在地区本地的鱼。这样可以将最少的能量用于加热或冷却鱼缸。还建议选择能够在水质或温度波动中生存的耐寒鱼类。请记住,有些鱼会在同伴变大时吃掉它们,因此必须将它们分类到单独的鱼缸中。[4]

喂养

鱼食是鱼菜共生系统的主要投入,因此食物的选择对于可持续发展至关重要。[14]

有多种选择可以为您的鱼提供食物。大多数系统可以有利地结合其中的几个 -

  • 颗粒鱼食可以使用由鱼和大豆制成的优质颗粒饲料来喂鱼。这是鱼菜共生系统中最常见且经过充分测试的喂鱼方式,但它的缺点是需要持续的外部输入,这大大增加了系统的运行成本。可以使用以下选项使系统更接近全闭环系统
  • 藻类藻类几乎在任何静水体中都会生长,并为鱼类提供一些食物。在鱼缸中放入塑料网(如空水果箱)可为藻类提供生长的表面。不幸的是,即使在最好的情况下,仅靠藻类也很难完全满足鱼类的食物需求。
  • 如果所选品种的鱼会吃绿叶蔬菜,则可以在生长床上生产鱼食。
  • 浮萍也是一个很好的选择,因为它可以在辅助水箱的表面生长,然后根据需要收获和冷冻。[4]浮萍生长迅速,对鱼类来说蛋白质和营养含量高,并且有一个品种可以适应大多数气候。此外,浮萍吸收鱼的副产品氨,提供富含蛋白质的食物,可以喂某些类型的鱼。[15]
  • 蠕虫有些人在鱼菜共生的同时进行蚯蚓养殖。这使得农作物的不可食用部分(或周围的其他有机废物,如草屑或其他东西)可以喂给蠕虫。然后可以将蠕虫喂给鱼。蠕虫中产生的堆肥可用于在鱼菜共生系统外种植植物,或者可用于制作堆肥茶,将其添加到系统的水培元素中。这使植物接收的营养物质多样化,特别是提供否则可能缺乏的硼。

苗圃

尽管可以购买鱼种,但它们不一定是鱼缸中生长的唯一来源。为了延续闭环系统的理念,可以建立一个育苗池并促进交配,以便鱼类种群能够自我维持。在某些情况下,将幼鱼转移到单独的水箱中很重要,因为成鱼会吃掉它们。[4]

在鱼菜共生系统中,水质与植物质量直接相关。植物需要某些矿物质才能生长,而这些矿物质是由鱼的排泄物提供的。在非水培生长情况下,矿物质来自土壤。在封闭式水力系统中,例如鱼菜共生系统,进入系统的矿物质受到严格监管。在土壤中种植植物时,您可能会面临植物吸收有毒矿物质的风险,[16]并随后在最终产品中消耗这些矿物质。因此,鱼菜共生是一种更纯粹的有机农业形式,提供更高水平的调节,产生更高质量的产品。

澄清池、矿化、脱气和生物过滤

该系统中的中间桶埋在地下,充当澄清器。后面抬高了种植床,前面埋着鱼缸。作者个人照片。

水质的维持对于系统的所有部分都至关重要。一个特别重要的因素是 pH 值平衡,因为系统的不同部分在一定的 pH 值下茁壮成长。因此,必须做出一些妥协。鱼类通常喜欢 7.5-8 的 pH 值,而植物在 6.0-6.5 时效果最佳,细菌菌落在 7.0-8.0 时最有效。为了使系统发挥最佳功能,总体 pH 值的共识是 7.0。[14]

达到可接受的水质水平需要不同的组件,具体取决于安装的鱼菜共生装置的类型。主要有三种类型:筏床、营养膜技术(NFT)和培养基填充床。筏系统,也称为浮子、深通道和深流,将植物种植在与鱼缸分开的鱼缸中的漂浮聚苯乙烯泡沫板上。NFT 在又长又窄的通道中种植植物,薄膜状的水流过通道,为植物的根部带来养分。介质填充床只是装满生长介质(如砾石、珍珠岩或水力通)的容器,植物的根部固定在其中,然后经过洪水和排水顺序,将养分带到根部。[14]前两种方法在商业规模的经营中更常见,而最后一种方法最常用于后院经营,小规模生产食物来养活一个家庭。

澄清器用于去除水柱中的固体。这可以通过多种方式完成。锥形澄清器和沉淀池有利于固体从水柱中沉淀出来;它们基于与它们所在的水相比高比重的概念。[14]基本上,这意味着它们会下沉并可以在澄清仪器的底部捕获,无论是沉淀池还是锥形澄清器。另一种去除固体的方法是使用微筛转鼓过滤器,在反冲洗过程中去除有机物。仅在筏和 NFT 系统中才需要去除固体,因为在充满介质的床中,固体被捕获在介质中,然后它们可以在介质中生物降解,而不会干扰任何其他系统组件的功能。[14]有时,当存在大量固体废物时,在填充介质的系统中安装澄清器会很有帮助。

现在,您可能想知道如果固体(本质上是系统的肥料)被去除,系统将如何运行。在澄清池之前,筏式和 NFT 系统需要一个充满某种类型多孔介质的矿化池。在这个区域,异养细菌将废物转化为植物容易利用的元素。该过程还会产生硫化氢、甲烷和氮气等气体。因此,需要一个脱气罐来帮助将这些物质释放到空气中。[14]同样,这在填充介质的床中是不需要的,因为固体保留在被介质捕获的系统中。

生物过滤为细菌菌落提供了生存的场所。在筏和培养基填充系统中没有必要,因为有足够的表面积供细菌定殖到健康水平。然而,在 NFT 系统中,必须为健康的菌落提供额外的定植空间才能稳定。这种扩展称为生物过滤器。[14]

通风

水的适当通气对于鱼类的生活质量至关重要。如果没有足够的氧气,鱼会在 45 分钟内死亡。[4]即使不是立即死亡,鳃损伤也可能是永久性的,并且慢慢地,鱼类数量将会下降。这正是备用电源系统如此重要的原因。曝气器可以在水族馆用品商店购买,但必须由电力驱动。因此,如果出现电力故障,氧气将停止向水中供应,并对鱼类种群造成损害。

水族箱式增氧机并不是给鱼缸添加氧气的唯一方法。在充满介质的系统中,从生长床流出的水可以从足够的高度落下,溅回到鱼缸中,将空气混合到水中。同样,如果发生电源故障,导致曝气的泵也会发生故障;无论采取什么措施来提供充足的氧气,都需要备用电力。

细菌:这些细菌有什么帮助?

鱼菜共生系统的一个重要部分是去除氨,氨是鱼鳃作为代谢废物排出的。[5]如果氨浓度太高,鱼就会死亡。[5]这是通过氨的硝化作用来防止的。在此过程中,氨被氧化成亚硝酸盐,然后氧化成硝酸盐。鱼菜共生利用这些自然存在的硝化细菌、亚硝化单胞菌和硝化细菌来介导这一过程[5])。已分离出来自不同类型鱼菜共生植物根部的细菌,以确定存在的细菌菌株及其在系统中的功能。[17] [10] [18] [5]在芦苇科芦苇的一种水处理根平面中,进行了一项分类学研究,确定根部存在亚硝化单胞菌和欧洲亚硝化细菌(均为铵氧化细菌)。[17]

图 5:UVI 鱼菜共生系统的不按比例示意图。[19]

菌落

栖息在整个系统中的细菌菌落负责将亚硝酸盐和氨转化为硝酸盐,然后可供植物使用。如果没有这种转化,亚硝酸盐以及一定程度上的氨就会达到有毒水平并杀死鱼类和植物。[14]

建立自然栖息地

这些细菌天然存在于空气和水中,无需添加到系统中。自然菌落的形成可能需要 20-30 天,[14]有时长达 8 周。[4]最终,与所有自然系统一样,各个组成部分将达到平衡并保持稳定,无需维护。

开始你自己的

然而,为了加快定殖过程,可以添加极少量的尿素肥料作为氨源。[4]

无功率或低功率鱼菜共生系统

如果想要构建一个电力需求很少或没有电力需求的系统(例如在发展中国家推广鱼菜共生),则可以使用“洪水阀”。[20]该系统仅使用一个泵将水从鱼缸泵至“洪水阀……[并且]它将在低于 100 加仑/小时的流速下工作”。[20]该系统的具体设计尚未确定,但其运行方式与“标准马桶阀门”类似。[20]

其他设计没有阀门,而是采用体力劳动。泰国免费建造了鱼菜共生系统,不需要电力输入。[21]需要以下物品:容纳鱼的水箱(如大塑料桶)、植物容器、将植物抬高到鱼缸上方的装置以及浇水装置。[21]要启动该系统,重要的是至少提前一周将鱼放入水中。另外,在给植物浇水之前,先旋转养鱼缸,然后将喷壶装满。在这个系统中,养鱼池需要定期清洁。最后,每天至少淹没容器三次很重要。[21]

操作维护

所有不同设计的操作和维护都会有所不同。一般来说,必须监测不同水平的营养物质和 pH 值。[22]清除系统不同组件之间管道中积聚的任何“污泥”也很重要。[23]在提到不同系统的其他部分中,有关于维护技术的更多细节。

系统评价

世界上许多地方都不容易获得蔬菜或新鲜的鱼。[21]其中一些地方位于我们自己的后院,位于附近没有杂货店的城市中心部分地区。对鱼菜共生系统的评估必须考虑到这些可能是稀缺资源(新鲜的鱼和蔬菜)可能为社区提供的重要性。[24]罗非鱼含有脂肪、蛋白质和铁,这些都是人类饮食中的重要组成部分。[25]

如果试图评估系统的经济效益,“迄今为止,很少有研究评估小型和大型运营的盈利能力”。[1]目前尚不清楚食品安全是否会成为一个问题,因为存在“交叉污染的风险,包括当鱼类和其他动物靠近农产品时沙门氏菌和大肠杆菌的传播”。[1]然而,众所周知,利润增加的原因如下:1) 鱼“免费”生产植物营养素 2) 通常不需要大型生物过滤器 3) 需水量减少 4) 运行系统的总体成本并且基础设施由两个系统共享。[26]

评估系统的另一种方法是分析植物去除养分的效率。许多科学家已经做到了这一点。在一项此类实验中,科学家通过观察生长性能、生菜产量和养分保留来测试鱼菜共生系统中的氮排泄和吸收。[27]在另一项实验中,建立了鱼菜共生系统来分析西红柿和黄瓜的氮去除情况。结果发现,番茄的去除率最高,整个系统“整个系统去除的氮的 69% 可以转化为可食用的水果”。[28]某些作物的产量也可用于评估系统的生产力。在 Graber 等人中。他们分析了四种不同的番茄作物,发现鱼菜共生系统的产量比水培系统更高(图 6)。

图6:在两种不同系统中种植的不同品种番茄作物的产量;鱼菜共生或水培。[29]

为了通过最多的养分吸收获得最大的经济效益,一项研究发现,“在循环水箱系统中观察到了最大的植物生长,其中鱼的摄食率和随后溶解的养分较高。在该系统中,绳索草-大米草生物量产量比人工沼泽高25%,氮素吸收量是天然沼泽的2倍。初步经济分析表明,植物生产具有较高的价值,可产生补充性收入。[23]

影响

世界各地的不同组织已在发展中国家的部分地区建立了鱼菜共生系统,为代表性不足的社区提供新鲜的植物和鱼类。国际救援委员会就是这样一个组织,它建造了一个鱼菜共生系统,其中有两个 700 加仑的养鱼池,里面饲养着罗非鱼,并利用产生的废水种植新鲜植物。[30]

在城市社区,鱼菜共生已被用来为那些无法轻易获得新鲜农产品的个人提供廉价的新鲜农产品,在某些情况下,个人从城市鱼菜共生系统中获利。[31]目前,马萨诸塞州阿默斯特大学正在乌干达开展鱼菜共生项目,为社区居民提供优质蛋白质。[32]参见视频https://www.cns.umass.edu/about/news/2012/danylchuk-holingsworth-develop-aquaponics-for-developing-countries麻省理工学院还在越南开展一个项目,向当地的和平省提供罗非鱼和大米。[33]

传播

有关鱼菜共生的事实和信息可以在互联网上找到(例如这里: http: //theaquaponicsource.com/learn-about-aquaponics/),个人可以在其中了解系统背后的科学知识、如何设置您的鱼菜共生系统。自己的鱼菜共生系统,并与其他已经尝试过自己的鱼菜共生设置的人交谈(通过博客)。自从鱼菜共生重新兴起以来,世界各国都开始从鱼菜共生系统中受益。在美国,北卡罗来纳州立大学和维尔京群岛大学在推动这项技术方面发挥了重要作用。[5]南美洲的许多国家都极度缺水,但由于其用水效率高,因此成为这种综合水产养殖和园艺系统的主要候选者(Bishop,2009)。日本、台湾、孟加拉国以及亚洲许多其他国家都开始采用鱼菜共生技术,因为可以在紧凑的空间中廉价地生产有机食品。在澳大利亚,由于罗非鱼(系统中最常用的鱼类)的禁令,科学家们一直在尝试养殖不同种类的鱼。[10]非洲已经建造了易于维护、廉价且高效的鱼菜共生装置。[20]鱼菜共生几乎遍布全球每个大陆。[10] [21] [20] [5] [34]大多数业务属于以下类别之一:研究、教育、非营利、商业或私人爱好者(大多数系统规模较小)。[1]

传播的挑战

该系统的主要限制之一是它可能具有相当大的启动成本,需要大量土地用于商业规模的系统,并且通常“缺乏大型模型和训练有素的人员”。[1]

重新设计

在某些情况下,硝化细菌无法足够快地将鱼提供的营养物质从硝酸盐转化为植物可以利用的氮(Tyson 等,2007)。众所周知,pH 值会改变硝化速率,但在目前的系统中,细菌、鱼类和植物的“良好”pH 值之间的平衡很难实现,这意味着每种细菌、鱼类和植物都有不同的理想 pH 值。[35] [36]

自制系统

人们可以通过多种方式在家中构建鱼菜共生系统。它可以是一个有趣且有益的项目,特别是如果它用于教孩子们生命科学的话。投资用于粮食生产的自制系统完全是另一回事。鱼菜共生系统中可能会出现很多问题,因为系统有很多变量。水质是鱼菜共生中最重要的问题,如果系统的某一部分失去平衡或出现故障,水质就会发生重大变化。因此,与其他投资一样,在开始项目之前了解风险是什么非常重要。下面概述了一些需要注意的事项以及帮助设计高效系统的方法。但与任何文件一样,这份文件是不完整的。如果您决定构建自己的系统,毫无疑问您会遇到新的问题。不过,不要灰心,解决方案就在那里,如果您继续阅读并继续努力,那么负担得起的粮食生产的答案就在那里。

为了组装鱼菜共生系统,您需要一些物品。可以从 www.backyardaquaponics.com 等组织购买套件。[37]该系统也可以使用您自己的材料构建。基本组件包括一个鱼缸或一个旧浴缸、一个潜水泵、将水从泵输送到细菌室的 PVC 管、一个气泵和空气石。[38]小规模的系统也可以制作出色的课堂项目。学生可以学习与游戏中的技术相关的解决问题的技能。[39]其他教育方面包括自然循环、硝化作用、生物学、鱼类解剖学、营养学、农业、数学和商业。美国和其他国家的学校都在使用鱼菜共生技术来提供小学至大学水平的教育体验。[14]

桶耕法

Barrelponics 手册Barrelponics是在桶中进行鱼菜共生。虽小,但可扩展。如果您想了解如何构建barrelponics系统的完整说明,请参阅Hughey提供的pdf [1] 。[40]

这是内华达山脉学院的系统示例。享受!

内华达山脉学院鱼菜共生系统

农场喷泉

农场喷泉结合了鱼菜共生和雕塑。它采用鱼菜共生作为垂直农业方法来节省空间。如何构建自己的

最后的提示

When designing a new system it is important to understand that water quality is going to literally be the life blood of the system. Without the proper flow rate and water conveyance, the system will function poorly if at all. In his instruction video Aquaponics Made Easy, Murry Hallam points out that in small aquaponics systems it is best to not have a system smaller that 1000L (265 gallons). This is because below that the amount of water in the system is less stable, with less water to act as a buffer when temperatures vary, or when there is a spike in fish waste.

Moving that amount of water around can use up a lot of energy as well and so in designing a home built system, focus on ways to use gravity to promote water transfer form one part of the system to the other. A good way to do this in the planning phase is to draw diagrams that show just where the water level will be in each tank. This way you know where in the system to order things and at the end of the diagram how much vertical lift you will need to achieve in order to move water though the system.

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Further reading

References

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