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如第 1 章所述,水产养殖是一种综合农业的形式,它结合了两种主要技术:水产养殖和水耕。 在一个连续循环的单元中,养殖水从含有鱼类代谢废物的鱼缸中排出。 水首先通过一个机械过滤器,捕获固体废物,然后通过一个生物过滤器,将氨氧化成硝酸盐。 然后,水通过植物种植床,植物吸收营养物质,最后水将被净化到鱼缸中(图 2.1)。 生物过滤器为细菌提供了一个栖息地,将鱼类废物转化为植物可获得的营养物质。 这些营养物质溶解在水中,然后被植物吸收。 这一过程的养分去除过程可以清洁水,防止水与有害形式的氮(氨和亚硝酸盐)产生毒性,并使鱼类、植物和细菌共生繁荣。 因此,所有生物共同努力,为彼此创造一个健康的生长环境,条件是这个系统是适当的平衡。

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氮循环

水生生物学中最重要的生物过程是硝化过程,这是自然界中整个氮循环的一个重要组成部分。 氮 (N) 是一种化学元素,也是所有生命形式的必要组成部分。 它存在于所有氨基酸,它组成了所有的蛋白质,这是许多关键所必需的

动物的生物过程, 例如酶调节, 细胞信号传递和建造结构. 氮是所有植物最重要的无机营养物质。 氮,以气体形式,实际上是地球大气中存在的最丰富的元素,约占 78%,氧气只占 21%。 然而,尽管氮非常丰富,但它只存在于大气中,作为分子氮 (N 2 ),这是一种非常稳定的三重氮原子键,植物无法接触。 因此,N 2 形态的氮必须在植物用于生长之前改变。 这个过程被称为固氮。 它是氮循环的一部分(图 2.2),可以看到整个自然(图 2.3)。 通过添加氢气或氧气等其他元素来化学改变 N 2 ,从而产生新的化学化合物,例如氨(NH 3 )和硝酸盐(NO 3 -),植物易于使用。 此外,大气中的氮可以通过称为 Haber 进程的能源密集型制造工艺来固定,用于生产合成肥料。

图 2.3 所示动物产生的废物(粪便和尿液)主要由氨(NH 3 )制成。 自然界中发现的其他腐烂的有机物,如死植物或动物,按真菌和不同的细菌群分解为氨。 这种氨是由一组特定的细菌进行代谢,这是非常重要的水生动物,称为硝化细菌。 这些细菌首先将氨转化为亚硝酸盐化合物(NO 2 -),然后最后转化为硝酸盐化合物(NO 3 -)。 植物能够同时使用氨和硝酸盐来执行其生长过程,但硝酸盐更容易被它们的根源吸收。

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硝化细菌生活在土壤、沙子、水和空气等多种环境中,是硝化过程的一个重要组成部分,将植物和动物废物转化为植物可获得的营养物质。 图 2.4 显示了与图 2.3 所示相同的过程,但包括一个更复杂的流程图,显示了氮循环的所有阶段。

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这种自然过程的硝化由细菌发生在土壤中也发生在水中以同样的方式。 对于水生动物来说,动物废物是在培养罐中释放的鱼类粪便。 生活在陆地上的同样硝化细菌也会自然地生成在水中或每一个湿表面上,将鱼类废物中的氨转化为容易吸收的硝酸盐供植物使用。 水生子系统中的硝化可为植物提供营养,并消除有毒的氨和亚硝酸盐(图 2.5)。

  • 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

http://www.fao.org/
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