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6.1 导言

2 years ago

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水生养殖系统水产养殖部分的循环水含有颗粒物和溶解有机物 (POM, DOM),这些物质主要通过鱼饲料进入该系统;未被鱼食用或代谢的饲料部分仍然是再循环水产养殖系统 (RAS) 水中的废物,无论是溶解形式(例如氨),还是悬浮或沉降的固体(例如污泥)。 一旦通过机械分离去除大多数污泥,剩余的溶解有机物仍必须从 RAS 系统中去除。 这种过程依靠各种生物过滤器中的微生物群来维持鱼类的水质,并将无机/有机废物转化为植物的生物利用营养物质。 水生生物系统中的微生物群落包括细菌、古细菌、真菌、病毒和组合物中的原动物,这些群体由于营养物质的潮流和流动以及 pH 值、光和氧气等环境条件的变化而波动。 微生物群落在脱硝化和矿化过程中发挥着重要作用 (见 第 10 章,因此在包括鱼类在内的整体生产力中发挥关键作用福利和植物健康.

任何水生生物系统都面临的挑战是控制投入 — — 水、鱼苗、饲料、植物 — — 及其相关的微生物群,以最大限度地发挥有机物的益处,并将其分解为目标生物的生物利用形式。 鉴于鱼类和植物的最佳环境生长参数和营养素不同(见 [第 8 章](/社区/文章/第 8 章-解耦-水生鱼系统)),各种分离和曝气系统以及含有相关微生物组合的生物过滤器必须位于以帮助维持目标鱼类和植物物种的营养水平, pH 值和溶解氧水平在理想范围内. 事实上,水质参数,包括温度、溶氧化物、导电率、氧化还原潜能、营养水平、二氧化碳、照明、饲料和流速,都会影响水生物系统中微生物群落的行为和构成(Junge 等人,2017 年)。 在这方面,重要的是改进设置和操作,以便每个单位向其继承者提供足够数量的生物利用形式的营养物,而不是使病原体或机会性微生物能够消耗下游所需的大部分大量营养素。

用于分析微生物群落的各种技术可以产生关于不同水生结构中群落结构和功能随时间变化的重要信息。 通过将这些变化与营养生物利用度和操作参数联系起来,可以减少基本营养物质生产过度或不足或有毒副产品的生产。 例如,最大限度地从鱼类成分的废物有机物中回收有益的植物养分,主要取决于微生物群在一系列生物过滤器和污泥消化器中促进营养物质分解的能力,其性能基于一系列操作参数例如流量、停留时间和 pH 值(范瑞恩 2013 年)。 由于并非所有的水生生物系统都包括污泥消化器,我们将在本文的后半部分更详细地讨论这个问题,同时请读者参阅 [第 3 章](/社区/文章/第 3 章-再循环-水产科技),了解更多关于固体分离技术的详细信息。7 和 8, 以讨论耦合与分离水生系统. 如果我们在这里考虑只在水中溶解和悬浮颗粒(而不是污泥),所有水生物系统都采用一系列不同的生物过滤器,将附加的微生物暴露于通过过过滤器的有机物,并提供适当的基质和足够的表面积微生物附着和生物膜的形成。 这种有机物的降解为微生物群落提供了能量,从而将大量营养素 (例如硝酸盐、正磷酸盐) 和微量营养素 (如铁、锌、铜) 以可用形式返回系统 (布兰奇顿等人, 2013 年;Schreier 等人, 2010 年;Vilbergsson 等人, 2016a)。

对微生物群在植物生根、生长和健康方面的作用进行了大量的农业研究。 这项研究主要侧重于土壤系统;但近年来,水培学研究也有所增加(Bartelme 等人,2018 年)。 水产养殖中的微生物群也具有类似的特征,微生物在鱼类健康和消化中的作用受到相当大的关注,因为研究人员试图更好地确定肠道健康对营养素同化的作用。 鉴于生物过滤在 RAS 系统中的重要性,对 RAS 硝化过程中所涉及的细菌也进行了相对较好的研究,因此在此未予讨论(见第 [10] 章(./10-有氧和厌氧处理用于水磷-贫民-还原和矿物化 .md)和 [12](/社区/文章/章12-Aquaponics-替代类型和方法))。 然而,对水生生物系统中微生物的研究相对有限,特别是微生物群在该系统不同区域之间的关键相互作用。 这种缺乏研究目前限制了这种系统的范围和生产力, 在那里有相当大的潜力增强前和益生菌, 以及其他机会,通过更好的理解来改善水生生物系统的健康, 从而提高控制能力,一套无特征的微生物群,影响系统的健康和性能。

因此,本章主要侧重于最近的研究,这些研究揭示了微生物群落如何以及在何处决分区内的生产力,同时还着重介绍了将这些微生物群落与组成部分和整个系统之间的相互作用联系起来的数量相对较少的研究生产力。 我们试图找出有关微生物群落的进一步知识可应对运营挑战的差距,并为提高效率和可靠性提供重要见解。


Aquaponics Food Production Systems

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