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簡化型養耕共生

簡化的養耕共生

Aquaponics Simplified

by: Steven Carruthers, 翻譯:台灣大學方煒教授 

威爾森尼歐納介紹他研究成功的可節約大量用水且對環境沒有影響的循環水鱈魚養殖與萵苣栽培的養耕共生系統。
WILSON LENNARD outlines his research to develop a successful recirculating aquaponic system to produce Murray Cod and lettuce, with significant savings in water use and zero environmental impacts. 
我是由養殖端進入養耕共生的,原本從事水產養殖。目前有許多新人加入在室內、以循環水系統從事大規模的淡水魚類的養殖。這類系統通常於密閉的室內,採高密度(集約)方式進行,每年有數以噸計的魚類被飼養於相對頗小的土地面積。這循環水養殖系統的優點就在於水體被充分地循環使用。 
I came to the world of aquaponics from the otherside , that is, the aquaculture side. Freshwater aquaculture is moving into a new phase and a lot of people are now turning towards using large, environmentally controlled indoor recirculation systems to grow fish. These systems are a self-contained unit, usually located in an insulated shed. These are high intensity systems, with tons of fish being produced annually on very small land areas. The advantage of recirculating fish farming is that water is recycled through the system, and is therefore used to its full advantage. 
任何養殖系統都需要面對魚類的廢棄物,而此些廢棄物必須被處理才不至於對環境造成影響。魚類的廢棄物其實是富於營養的,如果直接排放於環境中將對環境不利,所以複合養殖應運而生,我也自然走入這個領域。 

我在找尋可以去除水中富於營養的魚類廢棄物的方法,固形物的去除為例行作業,通常拿去做堆肥,不會有太大困擾,但是對於那些溶於水中的廢棄物才讓我頭大。 
The downfall of any aquaculture operation is that fish produce waste, and this waste needs to be disposed of in a way thatwon’t impact on the environment. Fish waste is nutrient rich and if it is disposed directly to the environment, it can have negative consequences. This is where aquaponics and I come into it. 
I was looking for a way to filter the nutrient-rich fish waste out of aquaculture systems. Solid fish waste is constantly removed from these systems and is usually composted, so it is not much of a problem. It is the water-bound fish waste that is a problem.

大約有70%的魚類廢棄物為水溶性,來自於魚類透過鰓做氣體交換所排出的氨態廢棄物,這是我想處理的。我想找一個方法可以去除我養殖系統中的這類廢棄物。這是必要的,因為目前的循環水養殖業者每天更換10%的養殖水來解決這個問題,這數字看來不大,但是對一個有100噸水體(規模不大)的養殖事業,代表每天要排放10噸的水並找新鮮水進來,排放水還有環保法規需遵守。如我前面所說,我是從養殖者的角度切入的。 
Around 70% of fish waste is actually water-bound, arising from the gas exchange of ammonia-type waste that the fish excrete across their gills.It is this water-bound component that I was looking to treat. So, from my point of view, I was looking for a way to remove water-bound waste from our fish culturing systems. This is required because fish farmers at present change approximately 10% of their water every day, to counteract this build-up of waste. Ten percent may not sound like much, but in a system containing 100,000 litres of water (which is not a large system), that means removing 10,000L of water a day, finding a way to dispose of it, and replacing it with 10,000L of clean, fresh water. So, as I said, I was coming at the problem from a fish culturalist perspective.

The great thing about this water-bound fish waste is that it is mainly nitrates and phosphates. As all hydroponic plant growers know, these are some of the main nutrients used for hydroponic plant culture. So the question arose, can these fish wastes be used as plant nutrients? This is where I started after obtaining a PhD scholarship through the Rural Industry Research and Development Corporation (RIRDC). 養殖水中的可溶性廢棄物飽含氮與磷,這些是水耕栽培作物需要的大量元素,所以這些營養能否被植物吸收呢?在我拿到RIRDC給我的博士研究獎助學金之後,針對這些問題開始研究。 

I set about designing and building an aquaponic system to integrate fish culture with hydroponic plant culture. I had to design a very small-scale system, as I needed to be able to replicate my experimental situations for scientific purposes. So I eventually ended up with 12 aquaponic units that were identical to each other. 我開始設計並建立複合養殖系統來整合水產養殖與水耕的系統,為了科學研究的理由,在需要有足夠的重複試驗的樣本狀況下,我由小的系統做起,最後做了12組完全相同的複合養殖系統。 

A unit consists of a 100L fish tank with an associated biofilter. The biofilter is very important to the fish’s health, as it converts harmful ammonia released by the fish into harmless nitrate. Above the fish tank is a shelf containing a hydroponic gravel bed. Water can be pumped from the fish tank, up to the hydroponic gravel bed, and then returns to the fish tank. That’s it. It’s pretty basic, but it really works. 每一組有100公升的養殖魚槽搭配生物濾床,後者在養殖上非常重要,主要功能在將有害的氨態氮轉換為無害的硝酸態氮。養殖魚槽上方為水耕的栽培礫石植床,循環水用馬達由水槽打上植床,通過礫石回到水槽。既簡單又有效。 

AQUAPONICS THEORY養耕共生的原理 

The theory behind aquaponics is this:the fish live in a tank, eat fish food, and produce two types of waste; solid waste (fishpoo) and water-bound waste. As I said earlier, solid waste is routinely removed and generally composted. The water-bound fish waste is actually the same nitrate and phosphate hydroponic farmers add to their systems using inorganic salts that they purchase. 

魚在養殖槽內生存,產生兩種型態的廢棄物:固態(排泄物)與水溶性。如前所言,前者多半透過定期的收集製造堆肥,後者基本上所含的氮與磷與水耕栽培業者使用無機鹽類調配的營養液的成分是相同的。照片顯示水耕植床上方的燈光與風扇 

提供室內空氣循環 













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全日照  8個小時日照 瓜類、茄果類、豆類、山藥、豆薯(地瓜)。番茄、黃瓜、茄子、辣椒等喜溫中、強光性
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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。

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菜豆

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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。

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連通管原理與應用

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連通管基本原理 1.連通管原理指的是,在一般開放的空間中,幾個液體容器的底部都相通的裝置,而若任一容器內注入液體,則當液體靜止時,各容器的液面必在同一水平面。



2.兩 端的大氣壓力一樣,但管內兩端的水受重力作用而各自下墜,下墜瞬間,在圓弧頂部拉出一個真空,因真空而有壓力差,此時兩端的大氣壓 力再次從兩端將兩管的水壓回,但壓回的力量是大氣壓力減去管內的水壓(F=(Patm-PH2O)*A),而長管內的水比短管內的水還要重,所以壓回的力 量是短管的壓力大於長管的壓力,所 以,虹吸管內的水就會不斷的由短管端流入而由長管端流出。



3.如果我們用兩根連通管,所以效率會變成兩倍。




4.如果用兩根連通管,但是其中一個連接抽水馬達,此時一根連通管是抽水,所以另一根把水送回,大氣壓力將兩管的水平衡,所 以,一個馬達可以有兩倍的動力,水就會不斷的循環。


問題1:請比較上連通管與下連通管的差異?
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簡易潮汐開關 (外部連通管) 1.由於水持續進入水箱,水在水箱和潮汐開關內以同樣的速度上升。(潮汐開關內的底部是連通的)。虹吸管是通到外部的。水會持續上升到外部的開口端。 2.一旦水上升到內部的開口端,它變成一個密封空間。由於水繼續上升,在水箱內水位繼續上升,但速度變慢。同時,水箱內水壓漸大。
3.由於水位接近高水位線,壓力在開關內鐘將水位上升到臨界,造成部份水會先進入管道。
(同時會將管道上端部份空氣帶出,因為空氣在管內流動,也是噪音最大的時候) 4.由於水在水箱到達高水位線後,體積空氣被迫壓縮管道,並透過虹吸作用,排出的空氣壓力後,進而開始大量排水。
(一旦開始大量排水,也是聲音最小的時候)
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6.由於水持續進入水箱,水在水箱和潮汐開關內以同樣的速度上升。(潮汐開關內的底部是連通的)。虹吸管是通到外部的。水會持續上升到內部的開口端。
可以參考以下的影片


簡易鐘型潮汐開關
1.由於水持續進入水箱,水在水箱和潮汐開關內以同樣的速度上升。(潮汐開關內的底部是連通的)。虹吸管是通到外部的。水會持續上升到內部的開口端。 2.一旦水位上升到內部的開口端,直接…