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養耕共生系統概念

養耕共生系統概念

養耕共生是一項涉及到水產養殖、植物和微生物,三者共營共生的觀念,利用三者間的生態關係實現能量物質間的可循環可持續動態發展,達到生態平衡的系統,當建立共生系統時要考慮到三者之間生物種類及比例,從而達到一種最佳的生態組合。為了使三者間都有一個良好的互生環境,調控才是關鍵,物種的選擇是達到成功共生的重要環節。在生產上可以根據上述原則去構建相關的設施設備和魚種選擇、微生物的培養。開發養耕共生系統達到最適的生態平衡與最佳的經濟回報,需考慮到以下幾個方面。

日照

在日照充足,水源保障,電力交通方便的地方選擇基地,最適是在郊區或城市空曠地帶,可以更貼近市場,便於產品的直銷上市,減少中間運輸環節,也可以改變傳統長途運輸對魚菜產品新鮮度及質量的影響,得以發揮近郊農業的地域優勢與市場優勢,也是對城市農業水資源運用的最經濟生產模式,以往在城區或郊區常因水資源的製約而難以進行水產養殖,而養耕共生具有用水量極省,循環利用率高特點,完全可利用飲用水進行潔淨化無污染之生產,是普通養殖業用水量的10%,種植用水量的1/3,也就是該系統幾乎可以實現水的100%利用,除了自然蒸發與植物蒸騰耗水外,系統的運行沒有任何浪費,是節水集約型農業生產模式,更是適合城市發展的都市農業項目。

比例

確定養耕共生的面積與比例,種養殖的面積與比例關係到物種間的生態平衡關係,也就是物質能量循環利用的最佳比例,適合的比例是系統成功運行之關鍵。
例如,魚體排洩物與植栽的比例?微生物種類的培育及水質淨化的生態效果?
這些是三者間共生關係的前提,也是系統核心的基礎。
目前,一般高密度產業化水產養殖,主要依靠物理與化學淨化水質的方法,但設備與運作的成本較高,難以讓普通業主所接受,存在的養殖成本高,市場競爭力弱的問題,而引進植物與微生物參予系統共建時,就可以發揮微生物的強大分解能力來處理分解水中的有機物及轉化對魚生存影響較大的氨氮,可以啟動植物龐大的根系表面積來吸收吸附分解後可利用吸收的礦物質,從而達到水中殘留物及有害物的及時轉化與生物淨化,為魚的高密度養殖提供可循環利用的水資源,達到節水節能節料的目的。按照一立方水體配置14平方米的蔬菜種植面積來規劃種養比例及佈局,也就是一個10立方米的養殖桶每天產生的排泄物就需要14平方米的蔬菜來淨化吸收,來達到淨化與平衡之目的,這個比例是通過實踐證明的較為科學的比例。通常生產上構建時,可建直徑3.5米、高1米約10-12立方水量的圓桶作為養殖池,再同時配建140平方米的水培蔬菜床或70平方米的氣霧栽培塔,兩者佈局一般以聯體建設更利於管道的佈設操作與生產管理,另外,為了讓微生物的繁殖有更佳的場所,通常在140平方的栽培面積中,留出1/10-1/5的礫質培硝化床,所謂礫質培硝化床,就是採用豌豆粒大小的石礫鋪床面作為基質,也可用陶粒作基質來建立硝化床,硝化床的作用是起到過濾顆粒狀的魚飼廢殘及為硝化菌等有益菌的繁衍創造場所,達到有機物與氨氮的一級過濾與轉化,可以把氨氮轉化為對魚生存影響較小的硝態氮,對養殖水的淨化來說是很重要的生物化學淨化法。另外,粒狀的固態殘渣也可以在硝化過濾床上得以附著淨化,達到物理過濾之作用。從養殖池外排的水經硝化床過濾後再流經栽培床,在植物根系的吸收作用下,進行了再度的完全生物淨化,使水質的各項指標基本達到養殖的水質指標後,再返回到養殖池,為養殖池水質的保持創造了最適的外部生物保障系統,所以硝化過濾床及栽培蔬菜床的設計與規劃是成功養殖高密度魚的關健一環,如果系統設計及比例不合理都會導致水質惡化,從而影響魚的生長或死亡,這種生物生態的設計方法正是養耕共生的最核心技術與最可靠的保障。是其它任何一種方法所不能比的,它具有水處理成本低,水循環利用率高,生態平衡關係穩定,魚菜菌共生關係和諧,各種生物各得其所各盡其能的完美生態組合,所以專家估計,養耕共生系統是當前及未來農業生產中,最為完善可操作性最強的可持續循環有機農業模式,日後必將成為農業的一個主要發展方向,更是城區農業的主要模式。

管路設計

鋪設管道安裝相關設備與設施形成科學的水循環系統。養耕共生系統中,水培用水與養殖用水之間形成循環,而構建循環就是通過管道鋪設,再加上智能化或自動化的控制設備與部件,組成了自動化的水循環水處理系統,包括養殖池的排廢吸污管,加入新水的進水管與經循環處理後的回流管,以及鋪於池底的爆氣增氧管,這些管組成了養殖池的管道系統。另外,用於栽培的還有,噴霧管道或者澆灌管道,以及經植物根系吸收後的回收回流管道,這些管道系統的設計,讓栽培蔬菜的水與養殖的水之間形成了一體循環,達到彼此的生物生態效果。魚池底部的飼料殘渣或者魚糞便經吸污管抽吸到硝化床,而在硝化床流過後,一部份經石礫過濾,一部份經微生物轉化與分解,再流入微生物處理池,這個池是由生物綿為載體並接種多種微生物的處理池,它可以把硝化處理後的污水,進行數十種類微生物的再處理,把一些蔬菜難吸收的大分子有機物分解為易被根系吸收的礦質離子,也是一個礦化池,經微生物礦化池後,再流溢到另一個貯液池,這個池的作用就相當於蔬菜水培的營養液池,它需經過再次的過濾,供給生長著的瓜果蔬菜等植物,可以是水培供液,也可以是氣霧培的噴霧供液,使這些處理後的水再供到下一個植物處理系統(即栽培系統),形成了多道多環節綜合處理體系,通過植物根系吸收後,回流的水就可入重新註入的養殖池,從而形成了,微生物、植物、魚間的共生共存關係,這也是養耕共生能夠勿需增添大量高昂水處理設備的關鍵所在,把處理功能最為強大的植物,微生物科學地引入到養殖系統中出,這也是該技術最大的創新所在。管道的佈設讓水循環形成了一體化,但要讓水循環實現自動化科學化,還需配備動力系統與控制系統,其中動力系統就是由抽水泵及增氧充氣泵組成,用於排污的可以採用排量較大的自吸泵,用於補水與氣霧培的可以選用自吸泵,泵的功率可因栽培面積大小及養殖池的大小來選擇,而增氧充氣泵其實就是空氣壓縮機,通過壓縮後的空氣導入爆氣增氧管,在水底形成了微小的氣泡達到水體增氧的目的,同時也加快水中氨氮的揮發,讓水體微生物的繁殖速度加快,優化微生物的有益種群而抑制致病與惡化水體的微生物產生,在高密度養殖中,增氧系統是必不可少的設施。除了管道及動力設施組成的硬件系統外,還得配裝自動化的控制裝置或計算機系統,它是整個共生系統的指揮中心,相當於人的大腦,也是實現輕鬆養殖,傻瓜栽培所必不可少的主要部份。在該控制系統的設計中可以把生產所涉的各種操作皆設為自動化,甚至是飼料投餵,水體加溫皆可設為自動完成,但生產上有時為了考慮投入成本與能源的節儉,一些不是必需的常用人工代替,但其中水體溶氧檢測是必不可少的,在高密度的魚體活動發育過程中,會消耗大量的水中氧氣,這些氧氣含量如低於魚需氧之下限值就會像池塘養殖那樣“翻塘”,其損失是巨大的,所以在系統的控制中把溶氧的檢測與實時在線控製作為核心,要把溶氧傳感器與計算機控制設備聯接進行智能化的控制,達到溶氧參數的自動化管理,在高密度養殖中為了優化溶氧環境還可以附配氣液混合泵,它能把純氧以超細微泡的方式溶入的水中,保持水體有超飽和氧存在,對於魚及微生物的生長來說是極為重要的。在水質的自動化循環管理中,以圍繞水質的各項指標為管理核心,除了溶氧控制管理外,還需每週進行PH值的測定,生產上簡易的用試紙,也可選用PH計進行檢測,當PH值過低,如低於5時,就需進行調酸處理,往池中添加氫氧化鉀或氫氧化鈣,這些化學物既可以讓水保持中性,又可以起到補充鈣與鉀的作為,讓瓜果或蔬菜長得更好。養殖池的水質環境與溶氧環境是實現養耕共生高密度養殖之關鍵,通過上述系統的科學構建,利用微生物技術實現對魚有危害所氨氮及時硝化,以及大量有機物的礦化分解,保持水體正常的有機物與氨氮指標,是淨化水質實現循環養殖的重要環節,另外,系統提供實時在線的溶氧控制,為高密度魚群的需氧提供了保障,再加上階段性的調酸鹼工作結合,就可有效解決水質污染問題,達到循環水的多次利用,實現節水養殖。

植栽

蔬菜的栽培也是極為重要的部份,培育根係發達,處理能力強的蔬菜瓜果植株,是實現有機物及礦質轉化的關鍵環節,利用根係發達與龐大的吸收表面積,進行水質的淨化處理。所以菜果的栽培技術也是成功養殖的主要技術流程,一般在魚投放入池前,就要提前分批種下各種蔬菜瓜果或其它植物,以保證系統運行後,就具處理水質之功能。蔬菜瓜果或經濟植物的育苗,可以採用播種法或無性育苗法,待生根或成苗後就可移栽到栽培床,栽培床分為三種類型,其中硝化床為基質培,只需把苗栽入礫質培的基質中即可,利用基質過濾附著的有機物及硝化分解的各種礦化元素為營養,維持菜果的生長。而漂浮栽培床的植株,則需以泡沫定植板為載體,把苗或種子直接播入有海綿固定的定植孔中即可,隨著萌芽生長,根係就自然進入水體中,吸收水中的肥份來供植株生長,從而起到淨化作用。而氣霧栽培的區域,與漂浮水培同樣的方法定植,只是它是依賴霧化的水來滿足生長需要,也同樣起淨化作用,不過氣霧培過濾法比水培來說,植株生長更快,種植方式更易實施立體化,可以讓有限的空間利用面積數倍的提高,同時又起到水體的霧化增氧效果,也是養耕共生系統中較為先進的結合配套技術。這種以養殖水為營養液的栽培方法,減少了常規無土栽培的營養配製技術環節,有它的優越性,也有它的不足,因魚養殖種類的不同及魚飼料配方的區別,而導致水中營養元素種類及比例的差異,有飼料因動物源配料的不足,會導致栽培蔬菜缺乏微量元素,需於飼料配方中加入魚粉、貝殼粉,或海藻類配料,就可解決微量元素不問題,如果還出現缺素症可以於水體中加入微量元素,最好是微量元素的螯合物,更利於吸收與穩定。但是,養耕共生模式,不能向水體中施入大量的化肥,也不能對蔬與果進行農藥防治,否則,系統中會進入農藥,危害魚的生長,甚至死亡,所以在魚菜養殖的設施大棚外,最好,外扣防蟲網以防蟲類進入系統。這樣就可以生產出完全的有機蔬菜及魚產品。

水產養殖

種植蔬菜開始生長後,就可往池中養魚,如果前期因水質過於潔淨,菜沒有肥力,可以先進行營養液栽培,待生長至一定大小後,再採用養殖水循環栽培。可以在共生系統運行前,利用回流池進行營液配製,以供蔬菜生長,待系統切換到養殖系統時,再清理化學營養液,以保持水體的潔淨。投放魚苗前,要對魚池進行消毒,以無任何殘留的雙氧水消毒為佳,消毒後再注入清水,保持水位1米左右。投放的密度,一般鯉魚為80-100尾/立方水體,羅非魚為200-300尾/立方水體,因羅非魚更耐缺氧環境。飼料的添加做到少餵多餐,每天以魚體總體的3~4%(少量多餐),每週量測百尾計重,預估下週每天投餵量,投餵飼料以浮料較佳,減少底部沉澱。養殖過程中,定期投料,只要保持生態平衡,就無需抗生素及化學藥品,利用微生物及植物根系排泄的抗生素與酵素就可提高抗病性只要生態平衡,系統只需補充每日蒸發量即可,達到零排放的目的,這是最佳化省水養殖。也可用水位控制器自動補水。總之,養耕共生只要掌握生態平衡及操作環節,就可輕鬆地實現城會養殖,完全實現循環節能型的有機耕作,是未來農業發展的趨勢,更是生態農業及休閒農業的主體。

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其次是根莖類,如:馬鈴薯、甜菜、胡蘿蔔、白蘿蔔、甘藷、山藥等等。至少需半日照,才能生長,芋頭雖喜歡全日照,但比其他蔬菜耐蔭。 
需要中等光照大白菜、甘藍、芥菜、蒜、洋蔥。 

長日性蔬菜白菜、甘藍、芥菜、蘿蔔、胡蘿蔔、芹菜、菠菜、萵苣、蠶豆、豌豆、大蔥、洋蔥。

短日性蔬菜豇豆、扁豆、莧菜、空心菜。         

中光性蔬菜黃瓜、番茄、茄子、辣椒、菜豆

菜豆

菜豆喜溫暖,不耐高溫和霜凍。菜豆種子發芽的適溫為20-30℃;在40℃以上的高溫和10℃以下的低溫,種子不易發芽。幼苗生長適宜氣溫為18-25℃。花芽分化的適宜氣溫為20-25℃,過高或過低溫度易出現發育不完全的花蕾、落花。

菜豆對光照強度的要求較高。在適宜溫度條件下,光照充足則植株生長健壯,莖的節間短而分枝多,開花結莢比較多,而且有利於根部對磷肥的吸收。當光照強度減弱時,植株易徒長,莖的節間長,分枝少,葉質薄,而且開花結莢數少,易落花落莢。

菜豆根系強大,能耐一定程度乾旱,但喜中度濕潤土壤條件,要求水分供應適中,不耐澇。生長期適宜土壤濕度為田間最大持水量的60%-70%,空氣相對濕度以80%為宜。開花結莢期對水分最敏感,此期土壤乾旱對開花結莢有不良影響,開花數、結莢數及莢內種子數減少。土壤水分過大時,下部葉片黃化,早脫落。空氣濕度過大會引起徒長、結莢不良。

菜豆具有深根性和根瘤菌,對土壤的要求不甚嚴格,但仍以土層深厚肥沃、排水良好的輕砂壤土或粘質壤土為好。土壤過於粘重、低溫、排水和通氣不良則生長不良,炭疽病重。菜豆喜中性至微酸性土壤,適宜的土壤pH為5-7.0,其中以州6.2-6.8最適宜。菜豆最忌連作,生產中應實行2-3年輪作。

菜豆生育過程中,主要吸收鉀和氮較多,還要吸收一定量的磷和鈣,才能良好發育。結莢期吸收磷鉀量較大。磷鉀肥對菜豆植株的生長發育、根瘤菌的發育、花芽分化、開花結莢和種子的發育等均有影響。缺乏磷肥,菜豆嫩莢和種子的品質和產量就會降低。缺鈣,幼葉葉片捲曲,葉緣失綠和生長點死亡。缺硼,則根係不發達,影響根瘤菌固氮,使花和豆莢發育不良。 耐陰半陰(大概3-4小時日照) 應選擇耐陰的蔬菜種植,如萵…

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水耕栽培

水耕栽培-精緻蔬菜生產技術之開發文/高德錚 為穩定台灣夏季蔬菜之產銷及提昇蔬菜之品質,使國人能享受既便宜又無農藥殘毒之清潔蔬菜,台中農改場在農委會及農林廳經費補助下正積極研究無土水耕栽培技術,希望發展出一套既可提供家庭主婦在公寓陽台上或屋頂上生產蔬菜,又可藉『植物工廠』年中無休地生產蔬菜。
如何『選擇無農藥殘毒之精緻蔬菜』的疑問一直困擾著家庭主婦,消費者常以菜葉上具有蟲孔者視為上品。事實上台灣位處亞熱帶,四季溫暖,媒介昆蟲及病菌生育世代繁盛下,若不能有效地抑制其族群之擴張,則無法達到經濟性之生產,因此過去二、三十年來大抵藉用噴灑農藥來防治病蟲害,作為增產之途徑。
歐美國家由於緯度較高,季節性溫差較大,農藥使用頻率遠低於台灣業者,其生產之蔬菜幾可生食,甚至臨近之日本國民每日生食萵苣、芹菜、紫蘇、高麗菜的生活習慣,常令人羨慕不已。我國之農業生產技術並不亞於日本,為何日本能,我們不能?
水耕栽培植物之構想是有歷史淵源的,早在紀元前數百年前古埃及之楔形文字遺跡中即可發現有植物生長於水中的圖形,而世界七大不可思議的傳說中『巴比崙的空中花園』,亦常讓人百思不解。其實土壤為天然的栽培床,她為植物之母,固持著植物,及提供各種生育必需之元素。一旦不用土壤作為栽培介質,若能人為的固持植物根部及提供各種營養成分,則在水中生長植物又有何不可呢?以日本筑波萬國博覽會上展示之一株活生生地,預計可結一萬二千個果實之水耕番茄,可了解水耕技術之奧妙。水耕無土栽培因果菜類及葉菜類生理習性之分野,在植株育苗、栽培床構造及養液循環系統之設計上略有不同,目前本場已成功地各開發一套水耕栽培技術,在240平方公尺之溫室中以岩棉栽培法來培植番茄、胡瓜、草莓及木瓜等果菜,並以浮根式栽培法來生產小白菜、萵苣、山(水)芹菜及菠菜等葉菜。
據目前研究成果顯示養液蔬菜生產技術之優點為
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(2)週年性工業化生產;
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(4)迴避土壤病蟲害及連作障害;
(5)施肥合理化;
(6)省勞力;
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(8)不懼農村老齡化。岩棉栽培法 栽培介質:岩棉(rockwool)為人造之礦石纖維(圖一),與坊間之石棉(asbestos)不同,石棉可由天然礦石中開採取得,岩棉為玄武岩或輝綠岩等礦石在1,600℃下熔融後,利用高速離心設備使岩漿形成微粒液滴,諸液滴因高速離心運動露於空氣中…