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深水培养技术

2 years ago

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DWC 方法涉及将植物悬浮在聚苯乙烯板上,将其根部悬挂在水中(图 4.68 和 4.69)。 这种方法是最常见的大型商业水鱼种植一种特定作物(通常是生菜,沙拉叶或罗勒,图 4.70),并且更适合机械化。 在小规模的情况下,这种技术比媒体床更复杂,可能不适用于某些地方,特别是在获取材料有限的地方。

# 水流动力学

DWC 中的水流动力学与通过 NFT 进行的水流动力学几乎相同。 水通过重力从鱼缸、通过机械过滤器和组合生物过滤器/水槽流入。 从水池中,通过 “Y” 连接器和阀门向两个方向泵送水。 一些水被直接抽回鱼缸。 剩余的水被抽入管道,在运河中等效地分配水。 水流, 再次通过重力, 通过植物所在的种植运河和离开在远方. 在离开运河时,水将返回到生物过滤器/水池,再次将水泵入鱼缸或运河。 进入鱼缸的水会导致鱼缸溢出通过出口管道并返回机械过滤器,从而完成循环。

此 “* 图 8*” 配置描述了在 DWC 系统中看到的水路径。 与 NFT 一样,水流通过机械过滤器和生物过滤器,然后被泵回鱼缸和植物运河。 这种配置的一个缺点是,组合水池/生物过滤器将部分废水从植物运河返回到植物。 然而,与 NFT 不同的是,根层水的小薄膜中的营养物质迅速枯竭,DWC 运河中含有大量的水,使植物能够使用大量的营养物质。 这种营养物质的供应情况也意味着不同的系统设计。 通过简单的 “级联” 配置,可以建立沿 DWC 运河的串行分布水,只有一个入口供应最远的水箱。 在这种情况下,一个水槽的出口将是连续一个水槽的入口,而水流的增加将有助于根部获得更高的营养物质流量。

在图 4.68 所示的 DWC 系统中,水从生物过滤器容器抽入运河,其中聚苯乙烯板漂浮在支撑植物的顶部。 进入每条运河的水流量相对较低。 一般来说,每条运河都有 1-4 小时的保留时间。 保留时间与周转率相似,是指更换容器中所有水所需的时间。 例如,如果一条运河的水体积为 600 升,进入容器的水流速为 300 升/小时,则保留时间为 2 小时(600 升 ÷ 300 升/小时)。

# 机械和生物过滤

DWC 装置的机械和生物过滤与 NFT 装置的过滤相同,详见第 4.4.2 节。

DWC 种植运河、建设和种植

运河的长度可以不同,从 1 米到数十米(图 4.71)。 一般来说,它们的长度不是一个问题,如 NFT 所示,因为大量的水使得足够的营养供应。 在很长的运河中,最佳的植物营养应始终允许足够的水流入和再氧化,以确保营养物质不会耗尽,根部可以呼吸。 就宽度而言,通常建议使用聚苯乙烯片材的标准宽度,但它可以是这种宽度的倍数。 然而,越窄和更长的运河可以提高水速,从而有益地击中根源,营养物质的流量更大。 宽度的选择也应

考虑操作者的可访问性。 建议深度为 30 厘米,以便有足够的植物根部空间。 与鱼缸类似,运河可以用任何可容纳水的强惰性材料制成。 对于小型单元,常见的材料包括制造的中型散货箱塑料容器或玻璃纤维。 大得多的运河可以使用木材长度或混凝土块内衬食品级防水板。 如果使用混凝土,请确保使用无毒防水密封剂密封,以避免潜在的有毒矿物从混凝土浸入系统水中。

如上所述,单元中每条运河的保留时间为 1-4 小时,无论实际运河大小如何。 这样可以在每条运河内充分补充营养物质,尽管深水运河中的水量和营养物质足以长期滋养植物。 植物生长肯定会受益于更快的流速和动荡的水,因为根部会受到更多的离子的影响;而流动速度较慢和水几乎停滞将对植物生长产生负面影响。

DWC 装置的曝气至关重要。 在人口密集的种植管道中,植物的氧气需求可能导致溶氧浓度下降到最低值以下。 运河中存在的任何分解的固体废物都会加剧这一问题,进一步减少溶氧物质。 因此,需要通气。 最简单的方法是在运河中放置几个小空气石头(图 4.72)。

空气石头应释放大约 4 升的空气每分钟,并安排每 2-4 平方米的运河区域。 此外,还可以将文丘里虹吸管(见第 4.2.5 节)添加到水流管中,以便在水进入运河时给水充气。 最后,可以使用 DWC 的克拉特基方法(图 4.73)。 在这种方法中,在运河内的聚苯乙烯和水体之间留下 3-4 厘米的空间。 这使得空气在植物根部的顶部周围循环。 这种方法消除了运河中对空气结石的需要,因为空气中有足够数量的氧气供给根部。 这种方法的另一个优点是避免直接接触的植物茎与水,这减少了风险的植物疾病在衣领区。 此外,由于空气空间增加,通风增加有利于从水散热,这在炎热的气候下是理想的

不要在运河中添加任何可以吃掉植物根的鱼类,例如罗非鱼和鲤鱼等草食性鱼。 然而,一些小食肉鱼类,如孔雀鱼、蛾鱼或蚊子鱼,可以成功地用来管理蚊虫幼虫,这可能对某些地区的工人和邻居造成巨大的麻烦。

聚苯乙烯板材应该有一定数量的孔,以适应用于支撑每个工厂的网杯(或海绵立方体)(图 4.74)。 孔的数量和位置取决于植物种类和植物之间所需的距离,其中较小的植物可以更紧密地间隔。 附录 8 包括有关如何钻孔的具体详细信息和有用提示。

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幼苗可以在专门的植物苗圃(见第 8.3 节)在土壤块或无土介质中开始。 一旦这些幼苗足以处理,它们就可以转移到网杯中,然后种植到 DWC 单元(图 4.75)。 网杯中的剩余空间应填充水培介质,如火山砾石、石棉或 LECAA,以支撑幼苗。 也可以简单地将种子直接植入介质顶部的网杯中。 这种方法有时被推荐,如果蔬菜种子是可以访问的,因为它避免了移植冲击在重新种植过程中。 收获时,一定要从运河中移除整个植物,包括根和死叶。 收获后,木筏应清洗,但不要干燥,以免杀死筏水下表面的硝化细菌。 大型单位应用水清洁木筏,以清除污垢和植物残留物,并立即重新定位在运河中,以避免对硝化细菌造成任何压力。

特殊情况 DWC:低鱼密度,无过滤器

包含自动生成的表格说明的图片

Aquaponic DWC 单元的设计无需外部额外过滤(图 4.76)。 这些单位的鱼类放养密度非常低(即每平方米的鱼缸 1 至 1.5 公斤),然后主要依靠植物根空间和运河内部区域作为存放硝化细菌的表面积。 简单的网状屏幕捕捉大量的固体废物,运河作为沉淀罐的细垃圾。 这种方法的优点在于减少初始经济投资和资本成本,同时不再需要额外的过滤容器和材料,因为在某些地方采购这些容器和材料既难又昂贵。 然而,放养密度降低将导致鱼类产量下降。 与此同时,许多水上乐园企业的利润绝大部分靠植物产量,而不是鱼类生产,基本上只是利用鱼类作为养分来源。 通常,这种方法需要补充营养,以确保植物生长。 如果考虑这种方法,值得评估理想的鱼类和植物生产,并考虑相对成本和收益。

水流动力学

这两种设计(高放养鱼与低放养鱼)之间的主要区别在于,低密度设计不使用任何一种外部过滤容器,即机械或生物过滤容器。 水通过重力从鱼缸直接流入 DWC 运河,通过一个非常简单的网状屏幕。 然后将水送回水池并抽回鱼槽,或直接送到鱼缸,而不带水槽。 鱼缸和运河中的水均使用空气泵进行加气。 鱼类废弃物是通过硝化和矿化生活在植物根表面和运河壁上的细菌来分解的。

鱼放养密度是一个连续体,从非常低的密度(不需要过滤器)延伸到需要专用外部过滤器的非常高的密度。 一个简单的解决方案是采取额外的矿化和生物过滤以及避免运河底固体的废物积累,就是将简单的网状屏幕与一篮豌豆砾石或粘土球结合在一起,位于水离开鱼槽的水位之上。 该篮子将充当滴流过滤器,其介质捕获和矿化固体。 从篮子里掉下的水也会通过其飞溅效应增加氧气。 此外,使用豌豆砾石将对硝化后的水酸化产生缓冲作用。 另一种选择可以包括鱼缸内的一个内部生物过滤器,由一个简单的网袋生物过滤器材料组成。 这有助于确保充分的生物过滤,而不会增加外部生物过滤器的成本。 最后,在不增加鱼类储存密度的情况下增加整体水量,基本上使用大型鱼缸来处理少量鱼类,可以通过稀释废物和确保农民有足够的时间在鱼类受到压力之前对变化作出反应,从而有助于缓解水质问题。稀释可用的营养物质,阻碍蔬菜生长。

较低的鱼密度也意味着水流速率可能较低。 可以使用较小的泵,降低成本,但确保每小时更换至少一半的鱼缸总体积。 事实上,一些研究人员已经成功地拆除了电动泵,并依靠人工劳动每天循环两次水。 然而,这些系统完全依赖于充分的曝气。 除了这些差异之外,对于鱼缸和 DWC 运河施工的建议也适用于这种低放养密度方法。

低库存密度单元管理

与其他单位管理的主要区别在于库存密度较低,详情见第 8 章。 这些类型系统的建议储存密度为 1-5 千克/立方 米 (本手册中其他系统的储存密 度 为 10-20 千克/立方米)。 以前,有人建议鱼类和植物之间的平衡遵循饲料率比,这有助于计算进入该系统的鱼类饲料量,因为这些植物有一定的生长面积。 这些低库存密度单位仍遵循建议的 40-50 g/m 2 的每日进料率比率,但应朝向较低端。 一个有用的技术是允许鱼饲料 30 分钟,每天 2-3 次,然后删除所有未吃的食物。 过量喂养将导致鱼缸和运河中的废物积累,导致缺氧区、恶劣的生长条件、疾病以及鱼类和植物压力。 始终,但特别是在不使用过滤器的情况下,请务必密切监测水质状况,并在检测到高氨水或亚硝酸盐水平时减少进食量。

低库存密度的优缺点

主要优点是一个更简单的单元。 该系统更易于构建,更便宜启动,资本成本更低。 鱼是较少的压力,因为它们是在更宽敞的条件下生长。 总体而言,这种技术对于资本低的初始项目非常有用。 这些系统对于种植高价值鱼类(如观赏鱼)或特种作物(如药草等)非常有用,在这些作物中,较低的产量可以得到较高的价值补偿。

然而,一个严重的缺点是,这些单位很难扩大。 在特定地区生长的植物和鱼类较少,因此它们的密集程度低于前面概述的一些系统。 为了生产大量粮食,这些系统的规模将变得令人望而却步。 基本上,外部机械过滤器和生物过滤器能够在一个小区域内非常密集。

此外,鱼类生产不能独立于水培成分;植物必须始终在运河内。 植物根部为细菌生长提供了面积,如果没有这些根系,生物滤清就不足以保持鱼类的水清洁。 如果有必要同时收获所有植物,这些植物可能发生在疾病爆发、季节变化或重大气候事件期间,减少生物滤滤会导致高氨和鱼类压力。 另一方面,通过外部机械和生物过滤器,鱼类生产可以在没有水培作为标准 RAS 的情况下继续进行。

  • 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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