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鱼菜共生的设计逻辑

发布时间:2019-08-08 07:29人气:
         技术创新是在遵循一些最为朴素的底层逻辑。简单说就是,大部分技术创新其实是将已经存在的技术用一种全新的方式进行组合;例如:喷气机,其实是压缩机、涡轮增压机、点火系统的新的组合。机关枪,其实是组合了火药、弹簧、灭火器以及水冷系统的技术。
 
下面,让我们顺着这样的思路来分析鱼菜共生的设计逻辑。
 
 
第一:鱼菜共生的底层逻辑。
 
“鱼菜共生”是舶来品,其原文为Aquaponics,是由Aquaculture和Hydroponics两个词组合而成,即鱼菜共生是循环水养殖系统(RAS)和无土栽培为底层技术组合而来。
 
 
什么是循环水养殖系统?
 
什么是无土栽培
 
 
 
 
早期单道底排循环水养殖系统 模型
 
 
 
循环水养殖系统:通过一系列水处理单元将养殖池中产生的废水处理,实现循环回用。即通过物理过滤、生物过滤、消毒、增氧、调温等处理,将净化后的水体重新输入养殖池,以去除养殖水体中残饵粪便、氨氮(TAN)、亚硝酸盐氮(NO2-N)等有害污染物,净化养殖环境为目的。
 
 
 
德国科学家 李比希 (Justus von Liebig,1803-1873)
植物营养科学的奠基人
 
无土栽培:在李比希提出的“矿质营养学说”与“养分归还学说”为理论基础发展而来的一类脱离土壤的栽培模式。即以水、草炭、腐殖土、蛭石等介质作植株根系的固定基质,植物根系能直接接触营养液的栽培方式,包括基质栽培、DFT(深液流栽培)、NFT(营养液膜栽培)、FCH(浮板毛根栽培) 、雾培、二培等。
 
 
矿质营养学说:植物生长发育不是以腐殖质为营养物质,而是以矿物质为营养;进入植物体内的矿物质不是偶然的,而是为植物生长和形成产量所必须的;植物种类不同,对营养的需要量也不同,需要量的多少可通过测定营养正常的植物的组成来确定。
 
 
养分归还学说:植物以不同的方式从土壤中吸取矿质养分,使土壤中的养分逐渐减少,连续种植会使土壤贫瘠,甚至寸草不生。为了维持养分平衡,就必须把从土壤中带走的矿质养分和氮素以施肥的方式归还给土壤。
 
 
 
 
植物的矿质营养需求(当下研究水平)
 
 
 
无土栽培的核心在于:通过科技手段来满足植物对光、温、水、气、肥的需求,最大程度地降低植物对自然的依赖,以获得最大的经济效益。
 
 
 
但是,无土栽培和循环水养殖系统都是西方工业体系产物,都遵循工业体系的逻辑。
 
 
什么是工业体系的逻辑?
 
 
        工业体系讲究精确精细,明确事物概念,它将一切事物分开,并割断与自然的联系,是一个认知自然、改造自然的过程。例如:工厂化养殖,常规农业,城市化,甚至现代医疗、教育都是工业化式的。但如果将这种逻辑用于农业则会造成“头痛医头,脚痛医脚,最终导致问题越来越多的局面”。例如:常规农业 化学肥料 - 除草剂 - 杀虫剂-转基因种子的恶性循环,其弊端是有前车之鉴的。
 
 
      1960年代,日本食品中的农药残留问题、农药中毒问题、病虫害过剩、硝酸盐残留、环境污染等问题层出不穷;随着《农业圣典》《有机农业》《寂静的春天》等书相继在日本出版,才敲响了警钟。
 
 
       在这样的背景下,无土栽培和循环水养殖系统相结合,形成了最初的鱼菜共生系统雏形。但无土栽培只是作为循环水养殖系统水处理的工具,两者并非为一个有机的结合。
 
 
        工业体系将人看做自然的对立面,追求征服自然。而中国传统文化将人看做自然的一部分,讲究顺应自然。中国与西方文化看待自然有不同方式,这并没有对错或者高下之分,但不同的观念,会把同一事物引向不同的方向,就如同中医和西医对同一疾病会有不同看法,从而给出不同的治疗方式。
 
 
第二:现今的鱼菜系统仍然遵循着工业体系的逻辑
 
 
        鱼菜共生的原理就是自然界物质循环方式的一种,即“养殖水体中的有机物质逐步被微生物矿化分解为小分子物质,最终被植物作为营养而吸收利用”。工业体系的逻辑则会形成:“有机物 -(微生物)- 矿质养分 - 植物 ”的线性思维,养殖动物成为了产生有机废物的工具,微生物只被用于矿化分解有机物,植物作为最终的净化者。
 
 
工业体系线性逻辑鱼菜系统
 
       这种工厂化的线性逻辑被嫁接到了鱼菜共生,因而鱼菜系统成了由单个处理单元构成的流水线系统。养殖、沉淀、过滤、矿化、栽培就好比生产流水线上的处理单元,必须满足每个处理单元的高效运行才能保证系统的正常运转。因而,处理单元附加的各种设备设施,例如:微滤机、蛋白分离器、液氧、自动化系统等便出现了。
 
 
 
          受困于干旱缺水的气候条件,成就了现代鱼菜共生在澳大利亚的快速发展,从鱼菜IAVS系统、UVI系统 、虹吸粒培系统、液氧系统 、二培系统、智能化鱼菜系统的演化路径,都能看到无土栽培和循环水养殖系统的某些特征。例如:借鉴无土栽培的二培种植方式衍生出的鱼菜二培系统;基于高密度RAS并结合NFT、DFT的液氧鱼菜共生系统。
 
 
 
不同组合形式的无土栽培二培模式  试验探究
 
 
 现代循环水养殖系统(RAS)模型
 
 
 
 
澳洲液氧鱼菜共生系统
 
 
            但即使这样,一些问题依然没有得到有效解决。工厂化式的机器设备只能作为减少人工和提高效率的辅助手段,但自然的生态功能却是机械设备无法复制和实现的。当系统的需要无法从系统内部得到时,就要付出系统外的能源的消耗和其他代价。而事实上,如果一个系统想要持续地经营下去,这种能源的消耗和代价是负担不起的。
 
 
三:自然生态的逻辑
 
           工业体系线性逻辑鱼菜系统稳定运行的标志是硝化路径的建立,以水体中三氮的变化趋势来判断系统的建立情况,即氨氮含量逐渐为零、亚硝酸盐含量逐渐为零、硝酸盐含量逐渐上升,当硝酸盐含量持续处于某一水平则代表系统稳定运行。
 
但实际情况真是这样的吗?
 
线性逻辑鱼菜系统短期内不能够正常运行。
 
              系线性逻辑鱼菜系统正常运行需要一年至两年,甚至更长的时间,但这时系统结构已经变得与最初的设计不一样了,因为线性逻辑系统已经被驯化为自然生态系统的运行模式了。其标志就是水体中营养物质的含量几乎为零,三氮的含量也几乎为零。
 
 
             自然有着它自己的运行规律,你懂或者不懂、干预或不干预,它都按照自己的方式运转。鱼菜系统同样遵循自然生态的逻辑,即便最初的设计与自然生态相悖。
 
             时间会让一个系统从底层发生改变,这种改变可能很缓慢,你不看都注意不到,但是日积月累它就会颠覆一切原来的劣势和优势,这时牛粪的旁边也会长出鲜花,草地终会变成森林,这就是自然的魅力。
 
 
            鱼菜共生系统太复杂了,各个成分都保持着微妙的平衡,每种生物都扮演着某种角色。你我至今甚至永远都不知道系统内部发生的每一个细节,我们能做的事,不过就是一边摸索一边行动。与其按照线性逻辑去设计系统以后在再花费巨大的力气维持,还不如及时让其恢复自然生态的运行模式,但更好的方式是遵循自然生态的逻辑并按自然生态的逻辑去设计并建立系统,这就是生态循环复合种养系统的意义所在
 
          五年前接触到鱼菜共生,在大学期间完成鱼菜共生有关项目“ 鱼菜共生立体种养殖系统  ”和“天津市大学生创新训练项目 — 铁( Fe3+)对紫球藻生长的影响 ”项目期间先后解决了UVI系统植物缺素 和 养殖废水直接用于气雾栽培的难题。 毕业后在艾维农园担任义工,期间成功改造了艾维的UVI系统并完成了鱼菜共生气雾栽培中试推广试验。现从事生态循环农业,在研究项目—“ 生态循环复合种养系统 ”
 
        生态循环复合种养系统,基于传统农业精耕细作的方式并融合现代设施农业技术和朴门永续设计理念,最大程度地模仿自然生态从而降低对技术人员,人工以及设备的依赖。

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