摘要
如今，农业必须面对一个新的挑战:用更少的自然资源生产更多的粮食。为了实现这一目标，科学家们正在测试一种叫做水共生的技术。多年前，中国古人和墨西哥人就引入了水培技术。在水培中，鱼和植物是一起养殖的。这怎么可能呢?细菌将鱼的粪便转化为对植物有用的营养物质。植物吸收了这些营养物质，净化了水，然后可以重新用于养鱼，循环重新开始!水培技术允许农民一次获得两种产品，并将同一种水循环多次。几乎没有废水被释放到环境中!水培系统可以有不同的大小，不需要土壤。 They can be installed in both outdoor and indoor environments. Big aquaponic systems are used for commercial purposes, while small aquaponic systems can be used for urban farming—growing food within cities.
什么是水共生?
世界人口正在迅速增长，而没有足够的食物来养活不断增长的人口!科学家们有一项重要的任务:他们必须找到一种方法，既能生产更多的食物，又不会对环境造成压力。传统的农业技术在很多方面破坏了环境。它们危害自然资源，对人类和野生动物构成健康风险。一种叫做水培的技术可以解决这个问题。“aqua”这个词的一部分来自水产养殖，即饲养鱼、虾、藻类和其他海鲜的做法。“ponics”部分来自于水培法，即在水中种植植物，不需要土壤。水产养殖和水培可以分开存在，但当我们把它们结合起来时，我们就得到了水培共生!
水培共生是自然生态系统的一个微型版本。它的工作方式就像大自然在每个水生环境中的正常工作方式一样!首先，在水培中，我们让鱼工作。所谓工作，我们指的是吃和拉屎。这就产生了富含营养的水——是的，就是鱼粪!然后，细菌开始发挥作用。细菌将鱼的粪便转化为植物生长的完美肥料。植物用它们的根吸收了这些肥料，这样做也清洁了水。干净的水被重新用于养鱼(图1)．循环重新开始!
- 图1 -水循环在一个水培系统。
- 细菌将鱼粪转化为对植物有益的营养物质。植物的根吸收这些营养物质，这样就能清洁水。净化后的水被重新用于养鱼。这样，我们就得到了一个封闭的水循环，在这个循环中，等量的水连续流动。水从鱼身上流向植物，然后又流回鱼身上，如此循环往复!
在鱼菜共生系统中，鱼、植物和细菌作为一个团队一起工作。这种团队合作使农民能够使用通常只用于获得一种产品的相同数量的水来获得两种食品，鱼和蔬菜。在这个封闭循环中，水不会被浪费——释放到环境中的废水几乎为零。1] !
水培共生，过去和现在
水培共生的概念相当古老。大约1500年前，中国南方、印度尼西亚和泰国使用了第一种形式的水培。那里的农民种植水稻稻田里面也有鱼。鱼粪可以作为水稻生长的肥料(图2)．
- 图2 -在中国，水培技术已经使用了大约1500年，水稻是在被水淹没的稻田中种植的(上图)。
- 在墨西哥，阿兹特克人在水上花园种植蔬菜，称为奇昂帕斯(下图)。
500年后，墨西哥中部的一个人发明了另一种形式的水培。这些人被称为阿兹特克人，创造了一个庞大的帝国。帝国的首都，叫做Tenochtitlán，建在特士可可湖畔。在那片湿地上，阿兹特克人没有肥沃的土地来种植食物。出于这个原因，他们在湖中建造了漂浮的花园，称为奇昂帕。这些浮岛是由泥土和干燥的植物残渣组成的。在奇昂帕山上，农民们种植玉米、南瓜、西红柿和其他作物。植物可以从富含鱼粪的湖水中汲取营养。
尽管水培的概念很古老，但直到20世纪70年代，科学家才重新发现它的潜力。如今，水培技术已经相当先进，它为农业提供了一种可持续的解决方案，这将减少自然资源的使用。水培法比传统农业用水少90% [2植物长得更快了[3.] !水培还可减少使用拖拉机和田间化学品所产生的污染物[4］．
水培系统可以安装在室外和室内，类似温室的环境中。室内系统可以全年生产食物!这在气候不利于农业的地区是一个很大的优势，例如，温度低，日照短，没有雨水或淡水灌溉的地方。
水培的类型
目前主要有三种水培系统(图3)．在筏aquaponics”在美国，这种植物生长在漂浮的木筏上。木筏漂浮在装满养鱼废水的水槽中。植物的根浸入水中，从鱼粪中吸收营养。这种方法最适用于小植物，如沙拉蔬菜、罗勒、菠菜、甜菜等。在衬底aquaponics”在美国，植物生长在一种模拟土壤的基质中。这种基质支撑着植物的根，帮助细菌过滤水。这种系统适用于所有类型的植物，但它最常用于卷心菜、西兰花、洋葱、茴香、胡萝卜、西红柿、辣椒、黄瓜、豆类、豌豆、南瓜和瓜类。最后,在通道aquaponics”在美国，鱼类排出的废水流经装有植物的带孔的狭窄管道。根浸入管道内的水流中，在那里它们可以吸收鱼粪中的营养物质。这种种植方法适用于不需要什么支持的植物，比如草莓、绿叶蔬菜和草药。管道也可以垂直放置以节省空间。
- 图3 -三种主要的水培系统。
- 基质水培法有一种类似土壤的基质来帮助植物生长。在沟道水培中，植物被放置在有营养丰富的水流经的管道中。在筏式水培中，植物被放置在漂浮的筏子上，它们的根深入水中获取营养。
有许多鱼类可以用于水培系统。这些系统可以包含大型、小型、可食用或观赏鱼，这取决于系统的最终目的。水培系统中最常见的鱼类种类有罗非鱼、蓝鳃鱼、鲶鱼、鲤鱼锦鲤、花式金鱼、虾和帕库鱼。
城市水培的好处
如今，人们对小型水培系统越来越感兴趣。这些系统可以建在城市里;例如，它们可以位于公园、城市花园、建筑物、房屋、庭院和屋顶上。将小型水培系统引入城市可以带来很多好处。水培可以提供大量的有机和季节性新鲜农产品。这些蔬菜是环保的，因为它们有交通足迹-它们不需要运输太远就会到达我们的餐桌。城市水培系统还可以鼓励社会主动行动。例如，他们可以推广共住还有教育研讨会，这两者都为人们提供了更多结识邻居的机会。水培还可以为鸟类和益虫提供庇护所，从而增加城市的环境污染生物多样性［5］．最后，城市水培可以帮助城市居民创造就业机会。
总的来说，水培是一种圆形无土生产系统。它可以用等量的水一起生产鱼和蔬菜，有助于节约用水。通过参与水产共生，人们可以更多地了解植物和鱼类的生活。他们可以更加了解他们在杂货店购买的食物是如何生产的。这对城市和郊区的年轻人尤其重要，因为他们有可能与农业世界失去联系。还有一件更重要的事情——参与水培也很有趣!
术语表
稻田：↑被水淹没的田地曾经种过水稻。
筏Aquaponics”：↑在木筏上钻洞种植植物的系统。木筏漂浮在装满鱼类废水的水箱中。植物的根浸入水中吸收养分。
衬底Aquaponics”：↑将植物放置在管道中钻孔的系统，在这个系统中，鱼的废水不断地流动。根浸入水流中，在那里它们可以吸收养分。
通道Aquaponics”：↑将植物置于模拟土壤的基质中的系统。这种基质还含有帮助植物从鱼类废水中吸收营养的细菌。
交通足迹：↑运输(卡车、飞机、铁路等)排放的温室气体。
共住：↑人们有自己的住宅，但共用屋顶、庭院和阳台等公共空间的社区。
生物多样性：↑地球上所有生物的集合——植物、动物、昆虫、真菌和微生物，以及它们的栖息地。
利益冲突
作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。
致谢
根据No. 862663的资助协议，本出版物的研究已获得欧盟地平线2020研究和创新计划的资助。
参考文献
[1]↑Calone, R.， Pennisi, G.， Morgenstern, R.， Sanyé-Mengual, E.， Lorleberg, W.， Dapprich, P.，等。2019。通过鲶鱼-生菜复合养殖改善欧洲鲶鱼循环水养殖系统的水管理。科学。合计。环绕。687:759 - 67。doi: 10.1016 / j.scitotenv.2019.06.167
[２]↑格雷伯，A.和荣格，R. 2009。水产共生系统:通过蔬菜生产从鱼类废水中回收养分。海水淡化246:147-56。doi: 10.1016 / j.desal.2008.03.048
[3]↑萨拉姆，A.和普罗丹，Y. 2014。芋头在水培系统中的生长性能与其他系统的比较。Int。j .创新。达成。钉。7:941-6。
[4]↑Monsees, H.， Suhl, J.， Paul, M.， Kloas, W.， Dannehl, D.， Würtz, S. 2019。生菜(摘要以(品种Salanova)脱钩水培系统的生产:与传统水培系统的产量和质量相同，但通过节省无机肥料大大减少了温室气体排放。《公共科学图书馆•综合》14: e0218368。doi: 10.1371 / journal.pone.0218368
［5］↑Orsini, F.， Pennisi, G.， Michelon, N.， Minelli, A.， Bazzocchi, G.， Sanyé-Mengual, E.， et al. 2020。全球北方多功能都市农业的特点与功能综述。前面。维持。食品系统。4:562513。doi: 10.3389 / fsufs.2020.562513