都市農(nóng)業(yè)新技術(shù)魚菜共生系統(tǒng)及其立體化案例研究

蕭蕾 洪彥

圖01 ?；~塘的物質(zhì)循環(huán)

20 世紀(jì)糧食、能源危機(jī)的爆發(fā)，使都市農(nóng)業(yè)（Urban Agriculture）成為城市可持續(xù)發(fā)展運(yùn)動(dòng)中理想的食品生產(chǎn)模式和生態(tài)城市發(fā)展示范途徑之一[1]。城市與農(nóng)業(yè)的關(guān)系越來越緊密，大量城市農(nóng)場（Urban Farm）在城市生活區(qū)中誕生[2]。然而城市中的農(nóng)業(yè)種植必須面對空間、效能和環(huán)境問題，需要依靠現(xiàn)代技術(shù)支持才能實(shí)現(xiàn)，魚菜共生系統(tǒng)便在此背景下產(chǎn)生。相較于一般城市農(nóng)場將城市綠地變農(nóng)田的功能置換方式，魚菜共生系統(tǒng)（Aquaponics）是一種復(fù)合水產(chǎn)養(yǎng)殖（Aquaculture）和水耕栽培（Hydroponics）的應(yīng)用技術(shù)，具有集成、高效的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)都市農(nóng)業(yè)種植的永續(xù)有機(jī)。

文章擬在簡介魚菜共生系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展過程之后，解釋其物質(zhì)循環(huán)和要素組成，然后分別對3個(gè)空間尺度的魚菜共生系統(tǒng)應(yīng)用案例進(jìn)行研究分析，探討該技術(shù)在都市環(huán)境中運(yùn)用的范圍、方式和前景。

1 魚菜共生系統(tǒng)的發(fā)展

魚菜共生系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)人工生態(tài)系統(tǒng)。類似方式在世界各地的農(nóng)耕社會(huì)早有先例，特別是以水稻種植為主的地區(qū)，人們把螃蟹、泥鰍、黃鱔、田螺等水產(chǎn)養(yǎng)殖與稻田結(jié)合一起，以此達(dá)到作物、水產(chǎn)增收的目的[3]。我國明末清初珠三角地區(qū)出現(xiàn)的桑基魚塘，則是通過塘基植桑、塘內(nèi)養(yǎng)魚、桑葉養(yǎng)蠶、蠶沙喂魚、魚糞肥基的物質(zhì)循環(huán)利用，形成了有機(jī)高效的人工生態(tài)系統(tǒng)。

現(xiàn)代魚菜共生系統(tǒng)的發(fā)展，普遍認(rèn)為是基于1970年代美國馬薩諸塞州的“新煉金術(shù)”生態(tài)學(xué)研究中心（New Alchemy Institute）關(guān)于生態(tài)方舟（The Ark）的研究推動(dòng)。1980年代末期，美屬維爾京群島大學(xué)（UVI）詹姆斯·瓦克斯博士（Dr. James Rakocy）成功研發(fā)了魚菜共生系統(tǒng)的UVI模式，該模式利用深水浮筏栽培（Deep Water Culture ）方法[4]，適于戶外大規(guī)模生產(chǎn)。同一時(shí)期，北卡羅萊納州立大學(xué)（NCSU）道格教授（Sanders Doug）及其研究生馬克·麥克莫提（Dr. Mark McMurtry）也成功研究出NCSU模式，在溫室內(nèi)采用固體基質(zhì)栽培（細(xì)砂）[5]，成為大多數(shù)家用養(yǎng)耕共生系統(tǒng)的原型。

圖02 魚菜共生系統(tǒng)運(yùn)作原理

圖03 魚菜共生系統(tǒng)的基本組成

20 世紀(jì)第二次石油危機(jī)出現(xiàn)后，城市范圍內(nèi)的垂直種植探索腳步加快，并在都市農(nóng)業(yè)中有所體現(xiàn)。近年魚菜共生系統(tǒng)產(chǎn)品也呈現(xiàn)了立體化趨勢，更符合都市農(nóng)業(yè)集約高效的訴求，研究重點(diǎn)除了實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營外，還更關(guān)注設(shè)備在家庭、室內(nèi)和城市景觀中的應(yīng)用效果。

2 魚菜共生的生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 魚菜共生系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)

以中國的?；~塘為例，傳統(tǒng)的人工生態(tài)系統(tǒng)利用了自然的生存關(guān)系和物質(zhì)循環(huán)（圖01），而魚菜共生系統(tǒng)則依靠現(xiàn)代水耕栽培技術(shù)，擺脫了植物對土地依賴，將水耕栽培系統(tǒng)和水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)整合為一體。系統(tǒng)中以水為主體的生態(tài)環(huán)境，包含了魚類、植物、水中微生物三者所建立的有機(jī)生態(tài)平衡關(guān)系[6]。在魚類飼養(yǎng)過程中，魚類排泄物和飼料殘?jiān)械酿B(yǎng)分在細(xì)菌作用下，會(huì)產(chǎn)生氨和亞硝酸鹽，令魚類中毒死亡。魚菜共生系統(tǒng)通過建立與植物種植結(jié)合的人工硝化環(huán)境，在水產(chǎn)飼養(yǎng)環(huán)境外，將魚類排泄物和飼料殘?jiān)D(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和氨，再進(jìn)一步在細(xì)菌作用下生成硝酸鹽，繼而成為養(yǎng)分讓植物根系吸收，實(shí)現(xiàn)對魚池水質(zhì)凈化（圖02）。與傳統(tǒng)人工生態(tài)系統(tǒng)相比，魚菜共生系統(tǒng)的循環(huán)路徑短且直接，利于高效集約。研究表明，魚菜共生系統(tǒng)能協(xié)助水產(chǎn)的高密度養(yǎng)殖同時(shí)，也能讓作物生長速度更快更節(jié)水。除了日照蒸發(fā)的水分需要適時(shí)補(bǔ)給以外，水資源基本可通過系統(tǒng)的自我凈化功能實(shí)現(xiàn)更新循環(huán)，比傳統(tǒng)種植方式節(jié)水80%-90%[7]。

2.2 魚菜共生系統(tǒng)的要素組成

魚菜共生系統(tǒng)中包含了水產(chǎn)養(yǎng)殖、蔬菜種植、過濾分解、運(yùn)行動(dòng)力四大組成(圖03)。水產(chǎn)養(yǎng)殖多為養(yǎng)殖池。蔬菜種植可采用不同的水耕栽培方式，從而形成不同類型的魚菜共生系統(tǒng)，常用水耕栽培技術(shù)包括基質(zhì)栽培、NFT（Nutrient Film Technique，薄層營養(yǎng)液膜技術(shù)）循環(huán)栽培、氣霧栽培（Aeroponics）等。過濾分解目的是為植物吸收水中微小分子和離子前，微生物分解有機(jī)物創(chuàng)造有利條件，除自然沉淀分解外，基質(zhì)栽培方法中顆粒狀固態(tài)基質(zhì)，例如陶粒、礫石也達(dá)到了類似效果；而氣霧栽培等其他方法，往往需要經(jīng)過硝化床等過濾凈化輔助裝置來實(shí)現(xiàn)過濾分解。運(yùn)行動(dòng)力主要包含重力動(dòng)力和人工動(dòng)力，貫穿了魚菜共生技術(shù)的各個(gè)環(huán)節(jié)，從水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質(zhì)調(diào)節(jié)、植物灌溉，到水循環(huán)過程，運(yùn)行動(dòng)力供應(yīng)是人工生態(tài)系統(tǒng)區(qū)別于自然生態(tài)系統(tǒng)的特殊需求。

圖04 城市農(nóng)夫集裝箱結(jié)構(gòu)

圖05 生長集裝箱在倫敦

3 立體化魚菜共生系統(tǒng)案例

3.1 都市農(nóng)夫集裝箱（Urban Farmers Box）——社區(qū)農(nóng)場新趨勢

在居民家庭和社區(qū)內(nèi)產(chǎn)出食物，能有效地縮短食物的運(yùn)輸能耗，也更能保障食品安全。未來的都市農(nóng)業(yè)，社區(qū)農(nóng)業(yè)占據(jù)了重要的地位。都市農(nóng)夫集裝箱就是針對魚菜共生系統(tǒng)在家庭和社區(qū)應(yīng)用而產(chǎn)生的項(xiàng)目，推動(dòng)者希望創(chuàng)造一個(gè)任何家庭成員都能操作又能節(jié)約空間的綜合裝置，代表未來社區(qū)農(nóng)場的趨勢。

都市農(nóng)夫集裝箱是由瑞士應(yīng)用科學(xué)大學(xué)（ZHAW）名下的都市農(nóng)夫（Urban Farmers）公司所研發(fā)的概念產(chǎn)品。整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)由兩部分組成，分別為一層放置了養(yǎng)魚池的20ft敞頂集裝箱盒子和二層垂直種植溫室，總高5m，重約3.5t，是一個(gè)小規(guī)模，便于移動(dòng)、拆卸的社區(qū)家庭型魚菜共生裝置。

裝置通過一個(gè)密封水循環(huán)系統(tǒng)，在一個(gè)完整的室內(nèi)空間實(shí)現(xiàn)魚菜共生的構(gòu)建，避免了城市環(huán)境與農(nóng)業(yè)產(chǎn)出的相互干擾。養(yǎng)殖箱用水經(jīng)過細(xì)菌過濾器處理后形成植物用肥水，利用水泵將肥水供至二層無土栽培溫室供植物使用后，凈化用水在水質(zhì)監(jiān)控裝置的監(jiān)測下輸送回養(yǎng)殖箱（圖04）。人們在一層養(yǎng)魚，也可以通過爬梯進(jìn)入二層屋面料理溫室庭院。在瑞士經(jīng)過實(shí)踐，整個(gè)裝置在夏季3個(gè)月時(shí)間中，能產(chǎn)出60kg魚和200kg的蔬菜[8]。

都市農(nóng)夫集裝箱這個(gè)概念性產(chǎn)品自推出以后，得到了廣泛的認(rèn)同支持，都市農(nóng)夫也因此獲得了聯(lián)合國自然基金會(huì)的資助（The Hub Zurich's WWF Fellowship 2011）。出于其可移動(dòng)性，常在世界各地城市作為當(dāng)代裝置6作品進(jìn)行展出。

圖06 餐廳與市集模型

圖07 戶外市集中城市農(nóng)場的現(xiàn)場圖片

在英國倫敦，企業(yè)管理背景的凱特·霍夫曼（Kate Hofman）和可持續(xù)環(huán)境評價(jià)背景的湯姆·威伯斯特（Tom Webster）于2013年成立“生長—都市農(nóng)場”（Grow Up，London），也借鑒都市農(nóng)夫集裝箱概念，推出生長集裝箱，在英國倫敦街頭展出，獲得極大關(guān)注（圖05）。

3.2 莫約新餐館與非洲集貿(mào)市場（Moyo's New Restaurant and African Food Market）——休閑餐飲新體驗(yàn)

莫約新餐館與非洲集貿(mào)市場是都市農(nóng)業(yè)在城市休閑區(qū)內(nèi)商業(yè)化、景觀化的典型項(xiàng)目，完全采用新能源作為魚菜共生系統(tǒng)的動(dòng)力。

這座由蔡氏設(shè)計(jì)工作室（Tsai Design Studio）規(guī)劃設(shè)計(jì)的新概念餐廳坐落于南非開普敦著名景點(diǎn)維多利亞與阿爾弗雷德濱水區(qū)（V & A Waterfront）。整個(gè)項(xiàng)目包含一個(gè)二層餐廳和戶外市集，餐廳銷售有機(jī)非洲特色菜式，而戶外市集則由20余個(gè)小型攤檔、休閑廊和城市農(nóng)場組成 （圖06-07）。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)希望在這熱鬧的旅游目的地，向人們展示一條完整的、可循環(huán)的餐廳食物鏈——從食物的產(chǎn)出、商品化、烹調(diào)、享用，到廚余向有機(jī)肥料的轉(zhuǎn)化，借此推廣都市農(nóng)業(yè)和可持續(xù)發(fā)展技術(shù)[9]。

項(xiàng)目運(yùn)用了多種生態(tài)環(huán)保措施，如太陽能面板發(fā)電兼用遮陽、可拆卸預(yù)制件攤檔、魚菜共生技術(shù)、有機(jī)肥料制作等（圖08）。魚菜共生系統(tǒng)中，動(dòng)力完全使用太陽能，水耕栽培技術(shù)運(yùn)用了垂直化的基質(zhì)栽培，通過垂直PVC管中的基質(zhì)和蔬菜根系對水質(zhì)進(jìn)行過濾凈化，整個(gè)水系統(tǒng)采取封閉式循環(huán)，降低了對環(huán)境的影響（圖09）。垂直種植的蔬菜綠墻在餐廳內(nèi)部和戶外市集均有分布，成為獨(dú)特的綠化形象，人們可以在用餐的同時(shí)，也能看到盤中食物的來源，體驗(yàn)綠色科技帶來的城市生活變化。

3.3 芝加哥海軍碼頭（Chicago Navy Pier）景觀概念方案舊城改造新手段

都市農(nóng)業(yè)和城市的融合度越來越高，包括魚菜共生系統(tǒng)在內(nèi)的都市農(nóng)業(yè)設(shè)施將成為城市公共景觀的一部分，不僅為城市提供物質(zhì)產(chǎn)出，更創(chuàng)造出豐富有趣的空間體驗(yàn)。

芝加哥海軍碼頭始建于1916年，位于芝加哥密歇根湖湖畔，是芝加哥最熱門的城市聚會(huì)場所，內(nèi)有公園、庭院、商場、餐飲和其他娛樂設(shè)施，總面積超過20hm2。自1989年第四輪改造結(jié)束，距今已有數(shù)十年，為了將碼頭空間打造世界頂尖旅游目的地，2012年舉辦了復(fù)興規(guī)劃競賽，在入圍作品中，AECOM/BIG合作團(tuán)隊(duì)的概念景觀方案大膽地在海關(guān)碼頭的水晶花園，運(yùn)用了魚菜共生系統(tǒng)來營造標(biāo)志性都市景觀[10]。

面積約為1英畝（約4.05km2）的水晶花園，除了部分的公共空間，還有派對、餐飲的功能（圖10）。6層通高的玻璃屋頂之下，是70多棵高大的棕櫚樹、四季變幻的花卉和噴泉，游客可以在其中以獨(dú)特的視角欣賞碼頭景觀。團(tuán)隊(duì)認(rèn)為未來的海軍碼頭主要改造手段是增加非盈利的公共空間和充分利用垂直空間，以豐富公眾活動(dòng)和吸引更多游客。在此原則下，新方案將水晶公園打造成一個(gè)超級都市農(nóng)場，既保留了現(xiàn)有的餐飲、觀光功能，又植入了食材生產(chǎn)、生態(tài)教育和科技體驗(yàn)的現(xiàn)代理念。垂直魚菜共生系統(tǒng)成為這個(gè)概念的重要技術(shù)支撐：養(yǎng)殖池上垂直種植了當(dāng)季蔬果，為餐飲持續(xù)提供新鮮食材，高大的垂直綠化管道延續(xù)了現(xiàn)狀棕櫚樹構(gòu)成的景觀特征，龐大的種植結(jié)構(gòu)更利于在管道內(nèi)包裹著水質(zhì)過濾基質(zhì)，協(xié)助微生物分解和讓植物得到更多陽光照射。而水晶花園的巨型玻璃穹頂結(jié)構(gòu)，則是一個(gè)現(xiàn)成的溫室，為蔬菜種植提供了穩(wěn)定的微氣候條件。人們可以通過穿梭的懸空棧道逐步走到屋頂，參觀都市農(nóng)場，并以一覽無遺的芝加哥天際線作為體驗(yàn)的高潮（圖11-12）。以引入垂直魚菜共生系統(tǒng)為技術(shù)手段，結(jié)合景觀設(shè)計(jì)手法，水晶花園的立體空間功能結(jié)構(gòu)突破了現(xiàn)狀只在地面或屋面觀光、餐飲的限制，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)功能在立體空間上的交織，大大增加了空間的利用率和產(chǎn)出（圖13）。這一理念不僅演繹了水晶花園“種植、烹調(diào)、飲食”的綠色生活主題，還體現(xiàn)了未來都市空間美觀、立體和多功能集約的發(fā)展趨向。

圖08 餐廳與市集分層結(jié)構(gòu)

圖09 市集內(nèi)餐廳的魚菜共生裝置

圖10 水晶花園現(xiàn)狀照片

圖11-12 水晶花園概念方案效果圖

圖13 水景花園豎向空間功能前后對比示意：原有豎向空間功能（左），設(shè)計(jì)方案的豎向空間功能（右）

4 結(jié)語

目前，國際上涌現(xiàn)了眾多魚菜共生技術(shù)在都市農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用案例。盡管大部分應(yīng)用處于實(shí)驗(yàn)性階段，但還是反映了現(xiàn)代都市農(nóng)業(yè)以技術(shù)先導(dǎo)，復(fù)合立體的發(fā)展趨勢。在中國，該系統(tǒng)的應(yīng)用嘗試以漁農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，包括直接在養(yǎng)殖塘水面放置種植浮床、建立魚菜共生溫室等[11]，家庭版的產(chǎn)品也開始有研發(fā)，但多屬于初級版的水平化應(yīng)用案例，少見復(fù)合立體化應(yīng)用，亦未見結(jié)合城市公共空間的設(shè)計(jì)。

因此，隨著中國人民對可持續(xù)綠色生活方式以及創(chuàng)造低碳城市的日益重視，應(yīng)將魚菜共生系統(tǒng)這一資源自循環(huán)、自凈化的生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)結(jié)合立體景觀設(shè)計(jì)，在中國進(jìn)行研究推廣。隨都市農(nóng)業(yè)向城市內(nèi)部延伸的步伐，中國風(fēng)景園林師們應(yīng)致力簡化操作和立體形態(tài)的靈活運(yùn)用；充分挖掘資源的循環(huán)利用；高度重視產(chǎn)品的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)；量化分析系統(tǒng)的生態(tài)效益，并深入研究應(yīng)用的地域差別。推動(dòng)魚菜共生系統(tǒng)走出專業(yè)農(nóng)業(yè)種植機(jī)構(gòu)，廣泛出現(xiàn)在社區(qū)、商業(yè)和公共場所，最終成為城市景觀空間體驗(yàn)和生態(tài)教育的一種重要途徑。

注釋：

圖01、03、13作者自繪；圖02改繪自www.indiegogo.com/projects/lowlands-community-garden/[EB/0L][2013-03-27]；圖04引自都市農(nóng)夫公司官網(wǎng).http://urbanfarmers.com/[EB/0L][2014-02-27];圖05引自生長都市農(nóng)場公司官網(wǎng)http://www.growup.org.uk[EB/0L][2014-02-27];圖06、07、09 引自蔡氏設(shè)計(jì)工作室官網(wǎng)http://www.tsaidesignstudio.com[EB/0L][2014-02-27];圖08改繪自蔡氏設(shè)計(jì)工作室官網(wǎng)http://www.tsaidesignstudio.com[EB/0L][2014-02-27];圖10引自http://www.chicagoillinoisweddingphotogr aphy.com[EB/0L][2014-02-27];圖11-12引自http://www.inhabitat.com[OB/EL][2014-02-27].

[1]孫藝冰,張玉坤.國外城市與農(nóng)業(yè)關(guān)系的演變及發(fā)展歷程研究[J].城市規(guī)劃學(xué)刊,2013,(3):15-21．

[2](美)伯杰合伙公司.鄺嘉儒,譯.富饒的社區(qū)西雅圖城市農(nóng)業(yè)探索項(xiàng)目案例研究[J].風(fēng)景園林,2013,(3):28-37．

[3]Guo Yi-xian.Rice-Fish Systems in China[C].Integrated Agriculture-Aquaculture: A Primer. FAO Fisheries Technical Paper 407,Rome:FAO,2001:73-76.

[4]Rakocy,James E,Thomas M L,Michael P M.Recirculating Aquaculture Tank Production Systems: Integrating Fish and Plant Culture[M].Southern Region Aquaculture Center Publication No.454, Mississippi State University,1992.

[5]Sanders,Doug,Mark McMurtry.Fish increase greenhouse profits[J].American Vegetable Grower,1988,(2):32–33.

[6]Rakocy,James E,Donald S Bailey,R CharlieShultz,Eric S Thoman.Updateon tilapia and vegetable production in the UVI aquaponic system[M]//New Dimensions on Farmed Tilapia: Proceedings of the Sixth International Symposium on Tilapia in Aquaculture.Manila: American Tilapia Association,2004:676-690.

[7]Steve Diver.Aquaponics—Integration of hydroponics with aquaculture,A Publication of A Publication of ATTRA[Z].2006[8]Urbanfamers [EB/OL].[2014-03-09]. http://urbanfarmers.com/productsservices/box-globe/

[9]TSAI DESIGN STUDIO.Moyo Souk & Restaurant, V & A[EB/OL].[2014-03-09] http://www.tsaidesignstudio.com/architecture/moyo_va/

[10]Mark Boyer.AECOM + BIG Unveil Plans to Revamp Chicago's Navy Pier with a Vertical Farm and Roof Gardens [EB/OL].[2014-03-09].http://inhabitat.com/aecom-big-unveil-plans-to-revampchicagos-navy-pier-with-a-vertical-farm-and-roof-gardens/

[11]王雅敏.魚菜共生系統(tǒng)的研究及其開發(fā)（上）[J].漁業(yè)機(jī)械儀器,1991,(10):2-4.