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水产养殖

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倍产量。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。

现在我把发言权交给永续农业之父比尔·莫里森，他引用了《永续农业设计手册》第 13.2 章第 459 页“水产养殖案例”中的一段话：

“直到最近几十年，我们才能够从自然水系统中收获足够的鱼类、软体动物和植物。现在情况已不再如此，在水生栖息地中创造和培养生物的势头明显增强。

水产养殖具有久经考验的稳定性，许多水产养殖在没有外部投入的情况下已经持续了数千年。水产养殖系统的稳定性和生产力优于迄今为止开发的陆地养殖系统。在投入相同的能量或营养物质的情况下，我们可以预期水产养殖的产量是相邻陆地的 4-20 倍。

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

水产养殖作为一种高能耗的单一作物，并不比它的历史前身——大型谷物或单一作物农场——更有效。当它作为社区芋头梯田养殖时，它最令人愉快、最欢乐、最具社会价值，而当它作为 100 公顷密集的对虾或鲶鱼养殖场时，它最令人沮丧。因此，我的态度始终是强调合理的产量和程序，但不鼓励“单一物种的最大产量”的观点。

水培

水培法是一种在无土的矿泉水溶液中种植植物的方法。该系统允许更高效的种植方法，占用更少的空间、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输入营养物质。

水培食品生产：养殖鱼类和植物以获取食物和利润，作者：Rebecca L. Nelson，John S. Pade 供稿

饲养池：鱼类生长的地方

饲养技术有三种：顺序饲养、分群饲养和多个饲养单元。每种技术都有优点和缺点，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。但是，当其他鱼被捕获时，它可能会对尚未完全长大以供销售的鱼造成压力，也使得难以跟踪库存记录，并且发育不良的鱼会避免被捕获。另一种饲养技术称为分群饲养。在分群饲养中，当第一个水箱达到承载能力时，鱼会被随机分成两个不同的水箱。虽然这种技术有助于避免发育不良的鱼被带走，但转移鱼引起的压力可能会对它们的整体生长产生不利影响。最后一种常见技术是采用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，当鱼长到足够大时，再转移到更大的水箱中。

固体去除：去除较大的有机废物

固体清除系统的类型取决于系统中产生的有机废物量（即，养了多少鱼，种了多少植物）。如果鱼的废物量多于系统中植物的数量，则需要使用微筛滚筒等固体清除设备。

这些中间过滤器有助于收集固体并“促进氨和其他废物在输送到水培蔬菜之前进行转化”。^[10]这在商业规模系统中发挥作用，并且已使用澄清器（图 2）。澄清器系统收集锥体底部的固体。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。澄清器后还设置了网，以捕获从澄清器中逸出的多余有机废物。这种网需要每周清洗一到两次。重要的是要移除这些网，因为有机物质的积聚会导致厌氧条件，从而杀死鱼。^[5]饲养鱼类和植物需要某些水质参数，包括一致的 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，可用于污水处理厂净化水。^[5]在规模较小的系统中，废物清除可能没有必要（相对于植物生长区域，鱼的数量较少）。^[5]在这些系统中，水通常直接从养鱼池流向“砾石养殖的水培菜床”。^[10]

图 2：A）澄清器的工作原理是水首先进入 B）中央挡板，然后通过 C）排放挡板离开，或进入 D）过滤槽出口，或通过 E）污泥排水管流出。^[5]

生物过滤：利用细菌

水产养殖系统的一个重要部分是去除从鱼鳃中排出的代谢废物氨。^[5]如果氨浓度过高，鱼就会死亡。^[5]可通过氨的硝化来防止这种情况。在此过程中，氨被氧化为亚硝酸盐，然后氧化为硝酸盐。水产养殖利用这些天然存在的硝化细菌亚硝化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菌和硝化细菌在将有毒亚硝酸盐转化为相对无毒的硝酸盐过程中发挥的关键作用。^[12]

这些天然硝化细菌喜欢生长在不同表面的生物膜中。为了最大限度地促进细菌生长，水培系统中的生物过滤器通常由沙子、珍珠岩或砾石构成。^{[5] [10]}

图 4：水产养殖系统设置的简单示意图

水培系统：植物生长的地方

在区分不同类型的水培系统时，识别这些不同的生物过滤器也很重要。在较小的装置中，使用砾石，因为它对植物有益。^[5]这种类型的系统需要不断的水涨落。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（缺乏流动会导致厌氧区和植物产量低）。^[5]缺乏流动还可能导致水质差和鱼死亡。^[10]如果水培系统较大，并且无法提供恒定的水流，则沙子系统是一个不错的选择。^[5]建议使用较大的沙子颗粒以防止管道堵塞。如果沙子和砾石都不是选择，珍珠岩也是另一个不错的选择。^[5]如果种植的是小根植物，并且种植者愿意在固体进入水培部分之前去除所有固体，那么基于珍珠岩的系统是很好的选择。如果不这样做，就会形成厌氧部分。^[5]

污水池：收集清水

集水坑是系统中泵送水的唯一地方。如果系统漏水，这里是补充水的好地方。^[5]

植物：它们需要什么以及如何才能生长得最好？

首先，重要的是要解决最适合水培系统的植物问题。该系统最适合那些营养需求较低的植物，如西洋菜、罗勒、韭菜、菠菜、香草和生菜。^[10]然而，西红柿和黄瓜也在这里种植。^[13]如果由于水流不畅而造成厌氧条件，那么这些区域也可能导致植物生长不良。^[5]

培养基填充系统中的番茄植株示例。作者拍摄的个人照片。

块根作物

尽管块根作物生长在岩石介质中，如粘土卵石或砾石，但据说在水产养殖系统中生长得很好。可以用水产养殖系统种植的植物包括生菜、韭菜、西洋菜、罗勒、卷心菜、西红柿、南瓜和甜瓜。在水产养殖发展的早期，人们认为只有叶类作物才能种植。现在，加拿大艾伯塔省的作物多样化中心已经成功种植了 60 多种不同类型的食物。^[14]

侵入性根系

不建议种植根系生长迅速的植物，例如薄荷。根系生长旺盛，会长进管道，并占据整个系统。^[4]

充满媒体的系统

由于介质填充系统是家庭食品生产中最常用的系统，因此本节将详细介绍介质填充方法。这种方法的许多组件也用于筏式和 NFT 系统。介质填充操作的基本组成部分是种植床、鱼缸和澄清器。当然，还需要单独的泵、曝气装置、热水器/冷却器、备用电源系统和使用 PVC 管道的各种管道。

生长介质

标准的 1/4 英寸（0.66 厘米）砾石、珍珠岩或陶粒（一种常用于水培的粘土卵石）可用作栽培介质。砾石稍微便宜一些，但陶粒在某些情况下由于其均匀性而更容易种植。

体积

一条鱼需要大约 10 升（或 2.5 加仑）的空间。因此，如果你有一个 50 加仑的鱼缸，你可以养 20 条鱼。不过，水越多，系统就越稳定。建议的最小鱼缸尺寸为 250 加仑（或 1000 升）。种植床的体积应与鱼缸的体积相同。^[4]有人制作了较小的系统，并取得了不同程度的成功。

冲洗/填充系统

使用种植床时，必须定期对介质进行注水和排水。有几种方法可以实现这一点。

适当的流动对于将氧气输送到根部和细菌群落至关重要。^[4]有几种方法可以将水从种植床移回鱼缸。这些方法包括钟形虹吸管、溢流管、马桶阀门或仅仅是一个带定时器的泵。可以使用多种方法向填充介质的系统中输送适量的水、营养物质和氧气。关键是要有一个流速，使水在系统中循环，并且不允许有毒水平的氨和亚硝酸盐积累。

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。这些营养物质可以每三周左右以螯合物形式添加到水中。如上所述，用蚯蚓养殖补充水培系统可以避免这种需要。

Friendly Aquaponics 制作了一份识别植物营养缺乏症的指南

鱼类：最佳鱼类生产的要求

某些鱼类更适合养殖，因为它们对变化的耐受性更强。罗非鱼是该系统中最常用的鱼类。^{[10 ] [5]}已纳入该系统的鱼类包括“罗非鱼、鳟鱼、鲈鱼、北极红点鲑和鲈鱼……罗非鱼对 pH、温度、氧气和溶解固体等波动的水质条件具有耐受性”。 [ ^10]之前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）对于确保鱼类的最高生长率非常重要。^[10]这些条件可以通过“鱼的放养密度、鱼的生长率、喂养率和体积”直接或间接测量。^[10]

鱼类作为食物

根据您居住的气候，最好使用当地原生的鱼类。这样可以减少加热或冷却鱼缸所需的能量。还建议选择能够承受水质或温度波动的耐寒鱼类。请记住，有些鱼长大后会吃掉同伴，因此必须将它们分类到不同的鱼缸中。^[4]

喂食

鱼食是水产养殖系统的主要投入，因此食物的选择对于可持续性至关重要。^[14]

为鱼提供食物有多种选择。大多数系统可以有利地结合其中几种 -

• 颗粒鱼饲料。可以用鱼和大豆制成的高品质颗粒饲料喂养您的鱼。这是水产养殖系统中最常见且经过充分测试的喂鱼方式，但它的缺点是需要不断的外部输入，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完全闭环系统
• 藻类。藻类几乎在任何静水中都会生长，并为鱼类提供一些食物。在鱼缸中放置塑料网（如空水果箱）可以为藻类提供生长表面。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。
• 如果所选的鱼种吃绿叶蔬菜，则可以在养殖床中生产鱼食。
• 浮萍也是个不错的选择，因为它可以在辅助水箱表面生长，然后根据需要收割和冷冻。^[4]浮萍生长迅速，蛋白质含量高，对鱼类有营养，而且有一种浮萍适合大多数气候。此外，浮萍能吸收鱼的副产品氨，为某些类型的鱼提供富含蛋白质的食物。^[15]
• 蚯蚓。有些人在进行水产养殖的同时还进行蚯蚓养殖。这样可以将农作物的不可食用部分（或您周围的其他有机废物，如草屑等）喂给蚯蚓。然后可以将蚯蚓喂给鱼。蚯蚓养殖场产生的堆肥可用于在水产养殖系统外种植植物，或可用于制作堆肥茶，然后将其添加到系统的水培元素中。这使植物获得的营养多样化，特别是补充了可能缺乏的硼。

苗圃

虽然可以购买鱼苗，但它们不一定是鱼缸中繁殖的唯一来源。为了继续使用闭环系统的想法，可以设置育苗池并促进交配，以便鱼群能够自我维持。在某些情况下，将幼鱼移到单独的鱼缸中很重要，因为成年鱼会吃掉它们。^[4]

水

在水产养殖系统中，水质与植物质量直接相关。植物需要某些矿物质才能茁壮成长，而这些矿物质是由鱼的排泄物提供的。在非水培种植情况下，矿物质来自土壤。在封闭的水培系统中，例如水产养殖系统，进入系统的矿物质受到严格管制。在土壤中种植植物时，植物可能会吸收有毒矿物质，^[16]随后会消耗最终产品中的这些矿物质。因此，水产养殖是一种更纯粹的有机农业形式，提供更高水平的监管，从而生产出更高质量的产品。

澄清器、矿化器、脱气器和生物过滤

该系统中埋在地下的中间桶充当澄清器。种植床被架在它后面，鱼缸埋在前面。作者的个人照片。

维持水质对整个系统都至关重要。其中一个特别重要的因素是 pH 平衡，因为系统的不同部分在特定的 pH 值下才能茁壮成长。因此，必须做出一些妥协。鱼类通常喜欢 pH 值为 7.5-8，而植物在 pH 值为 6.0-6.5 时生长得最好，细菌群落在 pH 值为 7.0-8.0 时工作效率最高。总体 pH 值为 7.0 时，系统才能发挥最佳作用。^[14]

达到可接受的水质水平需要不同的组件，具体取决于安装的水产养殖装置类型。主要有三种类型：筏式、营养膜技术 (NFT) 和介质填充床。筏式系统，也称为浮子、深槽和深流，将植物种植在与鱼缸分开的水箱中的浮动泡沫板中。NFT 在狭长的通道中种植植物，一层薄薄的水流过它们，将养分输送到植物的根部。介质填充床只是装满生长介质的容器，例如砾石、珍珠岩或陶粒，植物的根部被固定在其中，然后它们经过洪水和排水程序，将养分输送到根部。^[14]前两种方法在商业规模的运营中更常见，而最后一种方法最常用于后院运营，小规模生产食物以养活大约一个家庭。

澄清器用于去除水体中的固体。这可以通过多种方式实现。锥形澄清器和沉淀池有助于固体从水体中沉淀出来；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被澄清仪器（无论是沉淀池还是锥形澄清器）的底部捕获。去除固体的另一种方法是使用微筛转鼓过滤器，它在反冲洗过程中去除有机物。去除固体仅在筏式和 NFT 系统中是必要的，因为在充满介质的床中，固体会被捕获在介质中，然后它们可以在那里生物降解而不会干扰任何其他系统组件的功能。^[14]偶尔，当存在大量固体废物时，在充满介质的系统中安装澄清器会有所帮助。

现在，您可能想知道，如果去除固体（本质上是系统的肥料），系统将如何运行。在澄清器、筏式和 NFT 系统之前，需要一个充满某种多孔介质的矿化罐。在这个区域，异养细菌将废物转化为植物可利用的元素。这个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气体释放到空气中。^[14]同样，在充满介质的床中不需要这样做，因为固体会留在系统中，被困在介质中。

生物过滤为细菌群落提供了生存的场所。在筏式和介质填充系统中，生物过滤不是必需的，因为有足够的表面积让细菌繁殖到健康的水平。然而，在 NFT 系统中，必须提供额外的繁殖空间，以使健康的菌落稳定下来。这种延伸被称为生物过滤器。^[14]

通风

适当的水曝气对鱼类的生活质量至关重要。如果氧气不足，鱼会在 45 分钟内死亡。^[4]即使死亡不是立即发生的，鳃损伤也可能是永久性的，鱼的数量会慢慢下降。这正是备用电源系统如此重要的原因。水曝气器可以在水族用品店购买，但必须由电力驱动。因此，如果发生电气故障，氧气将停止供应到水中，从而导致鱼类种群受损。

水族箱式曝气机并不是给鱼缸加氧的唯一方法。在充满介质的系统中，从种植床流出的水可以布置成从足够高的高度落下并溅回鱼缸，将空气混入水中。同样，如果停电，导致曝气的泵也会发生故障；无论采取什么措施来提供足够的氧气，都需要备用电源。

细菌：这些细菌如何发​​挥作用？

鱼菜共生系统的一个重要部分是去除从鱼鳃中作为代谢废物排出的氨。^[5]如果氨浓度过高，鱼就会死亡。^[5]这是通过氨的硝化来防止的。 在此过程中，氨被氧化为亚硝酸盐，然后氧化为硝酸盐。 鱼菜共生利用这些天然存在的硝化细菌，亚硝化菌和硝化细菌，它们介导这一过程^[5] )。 已经从不同类型的鱼菜共生植物的根部分离出细菌，以确定存在的细菌菌株及其在系统中的功能。^{[17] [10] [18] [5]}在一种芦苇科 Phragmites communis 根面水处理中，进行了分类学研究，确定了 Nitrosomonascommunis 和 Nitrosomas europaea 菌株（均为铵氧化细菌）存在于根部。^[17]

图 5：UVI 水培系统示意图（未按比例绘制）。^[19]

细菌群落

栖息在整个系统中的细菌群落负责将亚硝酸盐和氨转化为硝酸盐，然后硝酸盐可以被植物利用。如果没有这种转化，亚硝酸盐和一定程度的氨就会达到有毒水平，杀死鱼类和植物。^[14]

建立自然殖民地

这些细菌自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]有时甚至长达 8 周。^[4]最终，与所有自然系统一样，这些成分将达到平衡并保持稳定，几乎不需要维护。

开始你自己的

然而，为了加快定植过程，可以添加少量尿素肥料作为氨源。^[4]

无功率或低功率水培系统

如果想要构建一个几乎不需要或根本不需要电力的系统（例如在发展中国家推广水产养殖），那么可以使用“溢流阀”。^[20]该系统仅使用泵将水从鱼缸抽到“溢流阀……[并且] 它的流量低于每小时 100 加仑”。^[20]该系统的具体设计尚未出炉，但其运行方式类似于“标准马桶阀”。^[20]

其他设计没有阀门，而是需要人工操作。泰国免费建造了一个水产养殖系统，不需要电力输入。^[21]需要以下物品：一个养鱼的鱼缸（比如一个大的塑料桶）、一个植物容器、一个将植物抬高到鱼缸上方的装置和一个浇水装置。^[21]要启动这个系统，重要的是至少提前一周把鱼放进去。此外，在给植物浇水之前，先旋转鱼缸，然后装满喷壶。在这个系统中，鱼缸需要定期清洁。最后，重要的是每天至少三次给容器浇水。^[21]