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5.3 一般原则

3 years ago

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尽管水生物的定义尚未完全解决,但有一些一般性原则与广泛的水生生物方法和技术有关。

尽可能最佳和有效地利用水生养系统中添加的营养物质来生产企业的两种主要产品(即鱼类和植物生物量)是与该技术相关的重要和共同的第一原则(Rakocy 和 Hargreaves 1993;Deleide 等人,2016 年;Knaus 和 Palm(2017 年)。 向一个系统添加营养物质 (在金钱、时间和价值方面具有固有成本) 没有用处,以便观察这些营养物质的高比例被划分为与生产的鱼类和植物或任何中间生命没有直接关系的过程、要求或结果可以帮助鱼类和植物获取营养素的形式(例如微生物 —— 细菌、真菌等) (伦纳德 2017 年)。 因此,与水生鱼类有关的最重要的一般原则可能是尽可能有效地利用应用的营养物质,以实现鱼类和植物的最佳生产。

同样的论点也可适用于有关水生系统的用水需求;同样,添加到该系统的水应主要由鱼类和植物使用,并尽可能有效地使用,不允许泄漏到不直接的过程、生命形式或结果与鱼类和植物生产相关,或可能对周围环境产生影响(伦纳德 2017)。

实际上,营养物质和水的有效利用导致了一些设计原则,这些原则被广泛应用于水生生物法:

  1. 最重要的原则是将鱼类产生的废物作为植物的主要养分来源。 事实上,这是水上乐器的整个想法,因此应该是该方法的一阶驱动程序。 Aquaponics 历来被视为一种使用鱼类水产养殖废物种植植物的系统,以便这些水产养殖废物对环境的影响较小,并被视为一种积极和有利可图的商品,而不是一种带有相关成本的麻烦废物产品,以满足环境立法要求 (拉科奇和哈格里夫斯 1993 年; 爱等人. 2015 年 a, b).

  2. 该系统的设计应鼓励使用鱼类养殖和植物养殖技术,这些技术本身不会吸收或破坏性地利用所添加的水或养分资源。 例如,不鼓励以土池为基础养鱼组成部分,因为土池有能力使用和使相关鱼类和植物无法获得水和养分资源,从而降低了该系统的水和养分利用效率。 同样,水培植物培养方法不应使用摄取过多营养物质或水的培养基,并导致植物无法使用这些培养基(Lennard 2017)。

  3. 系统设计不应通过生产外部废物流而浪费养分或水。 主要是,如果水和营养物质通过废水流离开系统,那么水和这些营养物质就没有被用于鱼类或植物生产,因此,水和这些营养物质正在被浪费,而且该系统的效率也不够高。 此外,废物流的生产可能对环境产生潜在影响。 如果废水和营养物质确实离开了水生系统,它们应用于替代的、外系统之间的植物生产技术,以避免水和养分浪费,有助于食用或可销售的生物质的整体生产,并且不会对环境产生更广泛的影响潜力(泰森等人,2011 年)。

  4. 该系统的设计应当是降低或理想的,完全消除水或营养物质对环境的直接影响。 水生养殖的首要目标是将鱼类产生的废物作为植物的养分来源,以免这些营养物质直接排放到可能造成影响的周围环境 (Tyson 等人,2011 年)。

  5. Aquaponic 系统设计最好能够位于环境控制的结构和情况下(例如温室、鱼室)。 这使得该系统有可能实现鱼类和植物的最佳生产率。 大多数水生设计在资本成本和持续生产成本方面相对较高,因此,在完美的环境中容纳系统的能力增强了利润潜力,从而证明了高资本和生产成本(Lennard 2017)。

以上概述的设计原则与一套常规原则直接相关,这些原则经常适用于水生产环境,但并非总是适用于水生产环境。 这些一般原则涉及该系统的运作方式以及如何在系统及其居民中分配营养物质。

在营养物的动态背景下,水生鱼的基本前提是鱼饲料,鱼代谢和利用鱼饲料中的营养物质,根据它们未使用的鱼饲料中的物质释放废物(包括元素),微生物群接触这些鱼的代谢废物并使用他们的少量, 但转换其余, 和植物然后访问和删除这些微生物区系转化, 鱼代谢废物作为营养来源,并在一定程度上,清洁这些废物的水介质和抵消任何相关的积累 (Rakocy 和 Hargreaves 1993; Love 等人. 2015a, b).

由于以土为基础的鱼类生产系统本身去除养分,水产养殖系统通常采用所谓的循环水产养殖系统原则来处理鱼类生产组成部分(Rakocy 和 Hargreaves,1993 年;Timmons 等人,2002 年)。 鱼被储存在由不从水中去除养分的材料(塑料、玻璃纤维、混凝土等)制成的水箱中,过滤水处理或去除鱼类的代谢废物(固体和溶解的氨气体),然后将水(和相关营养物质)引导至植物养殖组成部分使用鱼类废料作为其营养资源的一部分 (Timmons 等人, 2002 年). 至于鱼类,不使用以土为基础的植物培养成分,因为所涉土壤会去除营养物质,不一定能够充分提供给植物。 此外,水培植物培养技术不使用土壤,比土壤系统更清洁,并允许对现有的微生物混合物进行某种被动控制。

传统水培养的植物需要添加所谓的矿物肥料:以基础形式存在的营养物质、离子形式(例如硝酸盐、磷酸盐、钾、钙等作为离子)(Resh 2013 年)。 相反,循环水产养殖系统必须定期(每天)进行水交换,以控制鱼类废物代谢物的积累(Timmons 等人,2002 年)。 Aquaponics 致力于将两个独立的企业结合起来,以达到两种技术的最佳效果,同时否定最坏的技术(Goddek 等人,2015 年)。

植物需要一套宏观和微观元素来实现最佳和高效的生长。 在水生鱼类中,这些营养物质的大部分来自鱼类废物(拉科奇和哈格雷夫斯 1993 年;伦纳德 2017 年;成本 FA1305 2017)。 然而,鱼类饲料(水生养系统营养物的主要来源)并不含有优化植物生长所需的全部营养物质,因此需要不同程度的外部营养。

标准水培养和基质培养以植物直接获得的形式向水中添加营养物质(例如,通过设计的盐品种添加产生的离子、无机形式)(Resh 2013)。 鱼类释放的废物中有一部分是植物直接获得的(例如氨),但对鱼类具有潜在毒性(Timmons 等人,2002 年)。 这些溶解的离子鱼废代谢物,如氨,被无处不在的细菌物种转化,这些物种用氧离子取代氢离子,氨产品是硝酸盐,对鱼类的毒性要低得多,也是植物的首选氮源(Lennard 2017)。 适合植物吸收的其他营养物质作为有机化合物与鱼类废物的固体部分结合在一起,需要通过微生物相互作用进一步处理,以提供可供植物吸收的营养物质(Goddek 等人,2015 年)。 因此,水生子系统需要存在一系列微生物群落来执行这些转化。

优化水生一体化的关键在于确定鱼类废物产量(直接受鱼饲料添加影响)与植物养分利用率之间的比率(Rakocy 和 Hargreaves 1993;伦纳德和 Leonard 2006;戈德克等人,2015 年)。 为了确定这种平衡,已经制定了各种经验法则和模式。 Rakocy 等人(2006 年)开发了一种将植物生长面积要求与每日鱼饲料输入相匹配的方法,并将其称为 “Aquaponic 喂养速率比”。 每平方米的植物生长面积(60—100 克/平方米/日),每天添加 60 至 100 克的鱼饲料。 这种喂养率比率是使用标准的、32% 的蛋白质商业饮食 (Rakocy 和 Hargreaves 1993) 开发的。 此外,这一比率是特别针对的水生系统(称为维尔京群岛大学 Aquaponic 系统-UVI 系统)不利用固体鱼类废物部分,过度供应氮,需要系统内被动去硝化来控制氮积累率(伦纳德 2017 年)。 另一些国家则根据不同的鱼类和植物组合确定了替代比率,并在不同的具体条件下进行了测试 (例如,非洲鲶鱼的 Endut 等人 2010 — 15-42 克/msup2/Sup/ 天,Clariepinus 和水菠菜植物,_Ipomoea 海洋藻 _)。

UVI 喂食率比率是由 Rakocy 和他的团队开发的,作为一种近似方法;因此,为什么它被称为一个范围(Rakocy 和 Hargreaves 1993)。 UVI 比率试图考虑到不同的植物需要不同的营养量和混合物,因此,“通用” 水生设计方法是一个困难的前景。 Lennard(2017 年)开发了一种替代方法,旨在将个别鱼类废物养分生产率(基于所使用的鱼饲料以及该饲料的鱼类转化和利用率)与特定的植物养分摄取率直接匹配,以便严格的鱼类与植物比例匹配所选择的鱼类或植物物种可以在水生生态系统的设计中得到实现和考虑. 他将这种设计方法与一种特定的管理方法相匹配,该方法还利用鱼类固体废物部分中可用的所有营养物质(通过对鱼固体废物进行有氧再矿化),并且仅添加所选植物种所需的养分,用于养殖鱼类废物生产分数。 因此,这大大降低了相关的喂养率比率(例如,某些绿色绿色品种低于 11 g/msup2 /sup/ 天作为 UVI 当量),并允许任何鱼类物种与所选择的任何植物物种具体和精确匹配(Lennard 2017)。 同样,Goddek 等人(2016 年)也提出了一些模型,可以更严格地确定分离水生系统的鱼与植物成分比。

有效利用营养素、低和高效用水、低或否定环境影响、远离传统土壤资源的能力以及资源利用的可持续性等一般原则是应用于水生系统设计和配置及其持续进行中的一般原则应该鼓励在实地和行业内进行应用.


Aquaponics Food Production Systems

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