本篇文章整理自Dr. Wilson Lennard 2010年在夏威夷大學的魚菜共生與羅非魚國際工作坊研討會上的演講,題目是Aquaponics Microbiology魚菜共生系統當中的微生物學。

Dr. Wilson Lennard 澳洲商業化魚菜共生界的權威,澳洲魚菜共生網www.aquaponic.com.au及Aquaponic Solutions的負責人,著有多篇相關論文。

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眾所皆知aquaponics系統能夠產出魚和植物,但其實系統當中最重要的生命型態是微生物,主要是各種細菌,也包含了蕈類、藻類、浮游動植物。細菌是系統當中的主力,若沒有細菌持續不間斷地工作,循環水養殖或魚菜共生都不可能實現,所以千萬要照顧好你系統內的微生物。

 

當中扮演著最重要角色的是硝化細菌,負責把魚糞和魚鰓排放出來有毒的氨ammonia(NH3)轉化成亞硝酸鹽(NO2),最後變成植物的養分硝酸鹽(NO3),硝酸鹽在低於300mg/L的濃度下不會對魚造成傷害。


另外還有特定的細菌會負責氮循環內的氨化作用ammonification,植物或是動物死亡後的遺體,或是動物的排泄物(例如: 尿素、尿酸等),會經由微生物將有機氮轉化成無機氨(NH3),這個過程也被稱作礦化作用(mineralisation)。而在一般小型系統內這所有過程(物理過濾、硝化作用、礦化作用)都會在介質床內發生。

 

魚菜共生系統包含微生物,這點就是Aquaponics與Hydroponics之間最大的不同之處,Lennard博士被許多人問說:為什麼你的魚跟菜都不會生病?尤其是水耕栽培業者常問:為什麼你們魚菜共生都不需要像我們要使用藥劑防止植物受病菌侵襲發霉腐爛?Lennard博士回答簡單來說,絕大部分的水耕栽培會花許多錢跟努力去制止任何微生物在環境內生長,盡可能地消毒以達到完全無菌的目標,但這意味著一旦受到病菌入侵,水耕的系統內完全沒有可以與之對抗的好菌,植物也完全沒有抵抗力。

 

常被問到的魚跟菜的比例的推算Lennard博士認為應該從魚的餵食量來計算投入跟產出比例:
60g飼料/平方米種植床/天-葉菜類作物
100g飼料/平方米種植床/天-結果類作物如蕃茄小黃瓜
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水質相關的化學知識對魚菜共生是非常重要的,即使是操作後院家庭型系統,我們也都應該應用到一些化學知識。
每個魚菜共生系統都要做些基礎的水質化學分析。
不要一聽到化學就被嚇著了。
如果你真的對化學不感興趣或拒絕學習那也沒關係,只要你照著原則來操作,魚菜共生系統還是能夠有不錯的成果,這就是大自然平衡的美妙之處。

 

pH:
是指水中氫離子(H+)的數量,氫離子越多代表pH值越低或越酸,pH是水質最重要的化學參數,太高或太低都會傷害到系統內的生物。魚跟細菌適應的水質ph應介於6.5~8.0之間,原因是魚和細菌喜歡接近於牠們身體的酸鹼度,長時間下來魚能夠逐漸適應較低或較高的pH,但那不代表有利於他們的健康或生長。植物喜歡的pH介於5.0~7.0(5.5~6.0)之間,因為在這個範圍內大多數營養元素都更易於被植物吸收。

 

EC電導度:
代表水體內總營養鹽的濃度。因為魚菜共生系統水裡的營養多半還被鎖在有機的分子之中,所以EC通常很低(不帶正負電的有機分子型態無法導電),但還是能從EC的變化來了解系統內的營養鹽究竟是在累積還是在消耗。

 

溫度:最受水溫影響的是魚,水溫低於12゚C或高於30゚C時魚的食慾都會下降,進食量減少→排泄物少→硝化菌沒有食物分解→硝酸鹽減少→植物氮肥缺乏→作物收成降低。多數的魚種經由長時間的適應及演化後能夠容忍的溫度範圍會變寬,但水溫驟變還是相當危險。

 

DO溶氧量:對植物、微生物、魚的健康都相當重要,天氣越熱DO會越低。建議在任何時候都至少維持在5mg/L以上。要注意的是,一般在DO若低於5mg/L時,很多不好的厭氧菌會開始快速繁殖並佔據細菌活動的主導地位,也就會削減好氧的益菌生長空間,最終導致水質惡化,嗅覺稍微靈敏一點的人就會發覺系統開始散發出難聞的氣味。Lennard博士說鼻子也是一個很好的工具,一定要善用它。
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溶氧量的最高限度約在10mg/L
魚需要的最低限度約在4mg/L
根系需要的最低限度約在2.5mg/L
微生物需要的最低限度約在2mg/L
可用打氣幫浦或製造水流水花來增加DO,如果在水底下使用氣泡石或氣泡條,分散在各處均勻打氣比在一處猛打氣來的有效,這也是為什麼James Rackocy的UVI系統的魚槽內有22個小氣泡石而不是4個5倍出氣量的氣泡盤。氣泡在與水表面接觸的瞬間破裂,破裂時會增加水體表面積,從而使氣體交換進入水體,所以水與空氣接觸的表面積越大,溶氧效果越好。
有機固體廢棄物(solid)會與水中生物爭奪氧氣,所以在魚菜共生系統裡固體廢棄物越早被移除並轉化處理越好,一般小型的魚菜系統使用的介質床(要有潮汐現象)會有礦化作用來幫忙處理這些固體物,但大型商業級的系統(浮筏床DWC或薄膜養液式栽培法NFT)則需要專屬的固體廢棄物處理設備(通常是用不須額外電力的被動過濾方式,如渦流沈澱池swirl sedimentation/過濾網/毛刷...)。


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植物所需的養分

植物需要20多種營養元素(Rackocy說13或14種),但不是所有營養元素都能在魚飼料中存在或只有少量,但飼料仍然是重要的管理因素。我們會在系統補充飼料當中不足的的鈣跟鉀,鹼性的鈣跟鉀同時也是pH調整劑。當然還有添加微量的螯合鐵。
Lennard博士不會單從植物生長的病徵(如葉面發黃或有褐色斑點)來斷定任何營養元素缺乏需要添加,而是先去檢測水質與當中所含的營養比例,例如有時缺鐵是因為磷肥過量所導致,而非系統內沒有鐵。


其餘的營養元素在系統平衡之後都會由各種微生物製造或合成出來,例如胺基酸。有個澳洲業者推廣在系統裡每週添加海藻精(Seasol)來補充礦物質與刺激植物生長,Lennard博士的看法是這種作法是在水耕系統裡養魚,而非真正的魚菜共生,我們要當心海藻所含的氯化鈉(鹽),一旦過量累積,6個月後很可能你的植物反而會開始枯死,Lennard的魚菜的守則是要有耐心,系統自然會成熟,表現越來越好。

 

Lennard博士強烈建議經營商業型農場的人每個月至少將系統水送到相關檢測單位做營養元素的分析一次,如果你是靠生產蔬菜營利,這一點點的檢測費用絕對是你值得的投資,且一定能夠幫助你增加產量跟獲利。

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l   水質化學的基礎知識,pHECDO

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