CEA 水耕共生——负荷、系统容量、隔离与恢复

将固体捕集与氮、磷负荷分开

不要把浑浊的水和溶解的硝酸盐算作同一种负荷

上一篇指南将鱼池、生物滤器和植物观察分开记录。本指南则将鱼类固体与溶解态的氮、磷分开。康奈尔大学将水耕共生描述为一条经过鱼池、固体收集、种植区和回流循环的路径。康奈尔小型农场

固体捕集改变的是以颗粒形式离开系统的部分，以及之后发生矿化的部分。溶解态氮经过硝化和植物吸收。磷可能集中在固体中，不能从氮的方程式推断得出。

用四本独立的台账记录四条路径

同时测量滤器进水口和出水口。捕集到的固体是被丢弃、单独矿化，还是返还给植物，都会改变下游负荷。

计算一份合成负荷

假设饲料每日投入 10 g 氮和 1.2 g 磷。固体捕集去除 3 g N 和 0.8 g P；植物吸收 4 g 溶解态 N 和 0.2 g P。剩余量为 3 g N 和 0.2 g P。

inputs = {"N": 10.0, "P": 1.2}
solids = {"N": 3.0, "P": 0.8}
plants = {"N": 4.0, "P": 0.2}
residual = {k: inputs[k] - solids[k] - plants[k] for k in inputs}
print(residual)

输出为 {'N': 3.0, 'P': 0.2}。剩余量可能包含硝化作用、鱼池储存、其他排放和测量误差；它既不是植物吸收量，也不是安全负荷上限。

记录被捕集固体的去向

将固体移到另一个容器并不会让养分消失。请记录含水率、储存时间、处理方式，以及物料是被返还、堆肥还是丢弃。如果处理后的液体被返还，须在养分台账和卫生台账中同时登记一个新批次。

不要凭氮的比例来推算需要补充多少磷或微量元素。将饲料、鱼、基质、植物生物量和排放边界分开记录，不要把无法解释的剩余量强行归零。

范围

本指南涵盖固体、氮和磷的核算边界。饲料成分、滤器设计、矿化动力学、物种限值、病原体以及食品放行决策不在本文范围内。接下来将讨论把水质负荷与鱼、植物容量连接起来的设计变量。

将水质负荷与鱼、植物容量连接起来

单一的鱼-植物比例不是系统设计

上一篇指南将固体、氮和磷负荷分开记录。本指南将这些负荷与鱼池、生物滤器和植物容量连接起来。俄克拉荷马州立大学将固体去除、生物过滤和水培单元视为独立组件，并建议在为它们分别定容之后再增加容量。SRAC 水耕共生指南

植物与鱼之间的关系会随物种、生长阶段、投喂率、过滤、流量和收获周期而变化。不要把一个固定比例当作安全限值或性能保证。应在同一个每日时间窗口内比较负荷与容量。

保留五张设计表

不要用鱼的生物量替代饲料投入量作为核算依据。随着鱼从幼鱼长到可收获阶段，即使数量不变，饲料和废物的时间序列也会变化。将新种下的植物区域与可收获植物区域作为不同阶段分别记录。

将一份合成的每日负荷分配到容量中

假设每日饲料 100 g，氮负荷 10 g，固体路径中含氮 3 g，植物吸收目标为 4 g。剩余量为 3 g，包括生物滤器处理、鱼池储存、排放和测量误差。不要为了把这个剩余量强行归零而增加植物面积；应将其归入下一批容量列。

load = {"feed_g": 100.0, "N_g": 10.0}
paths = {"solids_N_g": 3.0, "plant_target_N_g": 4.0,
         "biofilter_or_other_N_g": 3.0}
assert sum(paths.values()) == load["N_g"]
capacity = {"fish_tank_feed_g": 120.0,
            "biofilter_N_g": 3.5,
            "plant_target_N_g": 5.0}
headroom = {"feed_g": capacity["fish_tank_feed_g"] - load["feed_g"],
            "biofilter_N_g": capacity["biofilter_N_g"] - paths["biofilter_or_other_N_g"],
            "plant_N_g": capacity["plant_target_N_g"] - paths["plant_target_N_g"]}
print(headroom)

输出为 {'feed_g': 20.0, 'biofilter_N_g': 0.5, 'plant_N_g': 1.0}。这些只是合成的容量差值，不是物种限值、食品安全结论或病原体控制手段。用最小的余量来判断鱼池、生物滤器、植物单元还是水泵会成为第一个瓶颈。

保留时间窗口和停机边界

日均值可能掩盖投喂后的峰值、夜间溶解氧下降、水泵停机以及清洗期间的滤器旁路。请记录投喂时间、采样时间、流量、溶解氧、氨、亚硝酸盐、硝酸盐和固体状态。停机期间，不要假设植物面积就能让系统保持安全；应将鱼池、生物滤器和植物的恢复步骤分开记录。

范围

本指南涵盖将负荷与容量连接起来所需的变量、时间窗口和余量。物种阈值、硬件滤器设计、饲料成分、流体计算以及食品放行决策不在本文范围内。接下来将讨论根据鱼、微生物和植物观察结果更新设计表的运行更新。

根据观察结果更新负荷与容量表

不要把观察结果压缩成一个健康评分

上一篇指南将饲料、生物量、固体、生物过滤、植物面积和流量分开记录到容量表中。本指南根据鱼、微生物和植物观察结果更新这些表。俄克拉荷马州立大学描述了监测氨、亚硝酸盐、硝酸盐、pH 值、温度和溶解氧的做法，同时分别检查鱼、细菌和植物。硝化与维护

带时间戳的快照可以把多项测量归为一组，但不应把它们的含义混为一谈。鱼池溶解氧偏低、生物滤器亚硝酸盐上升和植物吸收下降，各自有不同的边界和应对方式。

在每份快照中保留五个边界

为每一行附上 observed_at（观察时间）、采样位置、单位、方法和数据缺失原因。缺失数据应变为 review（复查）状态，而不是从上一行复制出一个新的测量值。

用合成数据计算余量变化

将早晚观察结果与之前的容量表进行对照。这里我们计算饲料、生物滤器氮和植物吸收的余量。

capacity = {"feed_g": 120.0, "biofilter_N_g": 3.5, "plant_N_g": 5.0}
morning = {"feed_g": 100.0, "biofilter_N_g": 3.0, "plant_N_g": 4.0}
evening = {"feed_g": 108.0, "biofilter_N_g": 3.2, "plant_N_g": 4.4}
headroom = {
    slot: {k: capacity[k] - obs[k] for k in capacity}
    for slot, obs in [("morning", morning), ("evening", evening)]
}
delta = {k: headroom["evening"][k] - headroom["morning"][k] for k in capacity}
print(headroom)
print(delta)

早上的余量为 {'feed_g': 20.0, 'biofilter_N_g': 0.5, 'plant_N_g': 1.0}；傍晚为 {'feed_g': 12.0, 'biofilter_N_g': 0.3, 'plant_N_g': 0.6}；变化量为 {'feed_g': -8.0, 'biofilter_N_g': -0.2, 'plant_N_g': -0.4}。变化量为负表示剩余余量减少了。这不是自动调整投喂量或流量的指令。

将更新与停止状态分开

定义诸如 normal（正常）、watch（观察）、hold（暂停）和 isolate（隔离）等状态。watch 要求重复采样或核查传感器。hold 暂停新的投喂、转移或重新引入。isolate 将某个批次或区域隔离。记录谁有权解除该状态，以及需要哪项观察结果。

传感器数据缺失、校准时长和采样位置的变化都是与水质数值本身分开的质量标记。不要用平均值掩盖异常值，也不要用另一个区域的数值替代。

范围

本指南涵盖观察快照、余量更新和状态转换记录。物种阈值、传感器校准、病原体决策、食品放行和硬件自动化不在本文范围内。接下来将讨论根据观察历史进行区域与批次级隔离和恢复记录。

区域隔离与分阶段恢复记录

一个已重启的区域仍可能包含处于暂停状态的批次

沿着观察更新指南的思路，将一起事件与其隔离和恢复记录连接起来。区域（zone）标识设备和水路连接；批次（lot）标识一个鱼群、一批植物产出或收获批次，或一批被收集的水。恢复区域流量并不会解除所有相关批次的状态。

俄克拉荷马州立大学描述了针对鱼、细菌和植物监测氨、亚硝酸盐、硝酸盐、pH 值、温度和溶解氧的做法。参见硝化与维护。下文的记录设计是参考这些监测需求给出的原创示例，并非该大学规定的恢复程序。

在检测之前重建关联关系

将检测时间与调查期间分开记录。回顾自上一次有效观察以来，经共用鱼池、鱼类转移和植物灌溉产生的水流关联。将缺失时段标记为“未解决”，而不是记录为没有发生接触。

批次谱系有助于追查来源。若要从可疑的 W-01 追查去向，可顺着其子批次和后代向前追踪，再追踪它们随后的接触对象。当前的管路图无法重建阀门关闭之前发生的转移。

隔离期间维持生命支持系统

断开一条共用回路会改变鱼池和生物滤器的水质和氧气状况。将每条区域路径与现场关于维持曝气和循环、备用路径及断电情况的规程关联起来。同时也要记录被断开的植物区域的灌溉和排水去向。

将 isolation_requested（已请求隔离）与 isolation_verified（已验证隔离）分开保存。阀门关闭指令并不能证明已实现物理隔离，包括旁路和回流的情况。在隔离导致某些生物滤器容量或植物面积不可用之后，须重新评估容量表。

恢复需要在给定负荷下的观察结果

将恢复复查与纠正措施、已验证的设备路径、观察质量、在拟定负荷下的响应以及负责复查人的决定关联起来。针对物种、设备和运行条件分别定义观察周期和可接受范围。在零负荷下水质改善，并不能证明系统具备承受此前投喂负荷的能力。

例如，区域 A 可能在 10:00 获得有限重启批准，而在 08:40 转移的 W-01 及其混合子批次 W-02 仍处于 hold 状态。如果异常在 11:00 复现，应在同一事件编号下追加记录，撤销有限重启批准，并调查重新连接期间接触过的批次。须保留此前的正常观察记录和暂停历史。

构建一条恢复记录

针对合成事件 INC-01，为区域 A 的有限重启和 W-02 的持续暂停分别创建记录行。须包含 event_id、object_type、object_id、previous_state、new_state、effective_at、recorded_at、evidence_ids、reviewer 和 next_review_at。使用带时区信息的时间戳，以便按实际发生顺序重建迟到的记录。

检查三件事：能否将 W-02 追溯到 W-01；区域重启批准是否与水批次放行分开保存；以及 10:00 之后发生的接触能否在事件复发时被追加。缺失的证据和未解决的调查必须始终清晰可见地保持未完成状态。

范围与下一步

本指南设计了连接事件、关联关系、批次和恢复决策的记录。它不验证设备隔离、物种限值、病原体检测、处理条件或食品放行。水耕共生入门系列到此接续到受控蘑菇栽培中的真菌生物学、基质和生长阶段，这些假设必须与光合作物模型分开建立。