魚菜共生技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用

肖明松　高清?！□U方印　崔峰　焦再博　鄒再成

摘 要：魚菜共生技術(shù)是將水產(chǎn)養(yǎng)殖、蔬菜種植和微生物發(fā)酵分解結(jié)合的一種資源節(jié)約、環(huán)境友好、可循環(huán)的生產(chǎn)模式，符合低碳農(nóng)業(yè)和可持續(xù)發(fā)展的規(guī)律。通過綜述魚菜共生技術(shù)即國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、魚菜共生技術(shù)的原理、作用機理和類型，進一步闡述了其在水產(chǎn)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：魚菜共生；池塘養(yǎng)殖；都市農(nóng)業(yè)；低碳農(nóng)業(yè)

Abstract：Aquaponicstechnologyisakindofresourcesaving，environmentfriendly，recyclablemodeofproductioncombinedwiththecharacteristicsofaquaculture，hydroponiccultivationofvegetables，microbialfermentationanddecomposition，whichmeetsthelawoflowcarbonagricultureandsustainabledevelopment.Thepapersummarizedthecurrentresearch，principleandtypesofaquaponicstechnology，anditsapplicationprospectinurbanfamilieswasalsodescribed.

Keywords：Aquaponics；pondculture；UrbanAgriculture；Low-carbonagriculture

目前，全球近1/3食用魚類都是由水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)提供的，但水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在全球的迅速發(fā)展也帶來了一系列的負面影響。由于水產(chǎn)養(yǎng)殖自身的生態(tài)結(jié)構(gòu)和養(yǎng)殖方式的缺陷使得大部分養(yǎng)殖存在著許多環(huán)境問題，特別是很多商業(yè)化水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展會涉及到擴大養(yǎng)殖區(qū)域、使用更高密度的水產(chǎn)養(yǎng)殖裝置和使用來自臨近區(qū)域之外的飼料、抗生素等問題。這些都可能導致生態(tài)環(huán)境的惡化對水域生物多樣性的破壞和引起水域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化等一系列問題[1]。20世紀90年代以來，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已成為世界潮流，循環(huán)經(jīng)濟是可持續(xù)發(fā)展的大趨勢，循環(huán)經(jīng)濟是一種善待地球的最佳經(jīng)濟發(fā)展模式。魚菜共生技術(shù)由傳統(tǒng)的池塘養(yǎng)殖技術(shù)演變而來。魚菜共生技術(shù)，亦稱生態(tài)水培技術(shù)（Aquaponics），是將水產(chǎn)養(yǎng)殖、蔬菜種植和微生物發(fā)酵分解三種的不同技術(shù)通過科學的生態(tài)設(shè)計，達到協(xié)同共生、實現(xiàn)養(yǎng)魚不（少）換水而無水質(zhì)憂患、種菜不施肥而茁壯生長的生態(tài)共生效應(yīng)，從而讓魚、菜和微生物三者之間達到一種和諧的生態(tài)平衡關(guān)系的新型復合養(yǎng)殖技術(shù)模式，屬于可持續(xù)循環(huán)型低碳漁業(yè)[2，3]。

1 國內(nèi)外魚菜共生技術(shù)的研究現(xiàn)狀

魚菜共生技術(shù)是一個人工生態(tài)系統(tǒng)，由池塘養(yǎng)殖演變而成的。美國和加拿大在魚菜共生技術(shù)的研究中居世界領(lǐng)先水平。1972年美國的馬克拉尼和托德率先將這一傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方法移植于室內(nèi)的瞬房，利用水體集熱、蓄熱和養(yǎng)魚，再利用含有豐富營養(yǎng)的魚類排泄物育肥暖房內(nèi)的水栽蔬菜。1980年代末期，美屬維爾京群島大學（UVI）詹姆斯·瓦克斯（JamesRakocy）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（DeepWaterCulture）方法[4]，適于戶外大規(guī)模生產(chǎn)。同一時期，北卡羅萊納州立大學（NCSU）道格教授（SandersDoug）及其研究生馬克·麥克莫提（Dr.MarkMcMurtry）也成功研究出NCSU模式，在溫室內(nèi)采用固體基質(zhì)栽培（細砂）[5]，成為大多數(shù)家用養(yǎng)耕共生系統(tǒng)的原型。Endut等[6]以蕹菜、芥菜和非洲鯰魚為材料進行魚菜共養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)蕹菜和芥菜比較，因為其特殊的根系結(jié)構(gòu)（根部可以共生更多的微生物，有更多的吸收面積等），從而生產(chǎn)單位質(zhì)量魚肉可以生產(chǎn)更多的蔬菜產(chǎn)量，同時單位水體中可以生產(chǎn)更多的魚肉。魚菜共生體系中蕹菜可以明顯減少養(yǎng)魚廢水中總氨（78.32%～85.48%）、亞硝酸鹽（82.93%～92.22%）、硝酸鹽（79.17%～87.10%）等形式的N含量和正磷酸鹽含量（75.36%～84.94%），使水資源可以良好的重復利用。Graber等[7]通過魚菜共生技術(shù)種植番茄、茄子、黃瓜，與傳統(tǒng)水培技術(shù)比較也取得了不錯的效果，但是魚菜共生水體中因為磷、鉀等含量較低，果實品質(zhì)有所降低。一般，養(yǎng)殖魚類的水體的pH呈弱堿性[8]，而蔬菜水培中以弱酸性較好，魚菜共生體系水體中較高的pH可以減少Fe元素有用性和吸收[9-10]，Roosta等[11]對生長在魚菜共生體系中的辣椒噴施鐵鹽后發(fā)現(xiàn)，辣椒的株高、莖粗、葉片數(shù)、果實數(shù)、果實重量、葉綠素以及葉片、莖、根干鮮重都明顯增加，同時植株地上部和根中的K、P、Ca、Mg等元素也明顯增多。日本東京海洋大學竹內(nèi)俊朗教授開發(fā)了太空艙工業(yè)化零排放魚藻共生系統(tǒng)，可改善艙內(nèi)環(huán)境，吸收CO2及其它有害成分[12]。

1988年王子瑾等人[13]開始工業(yè)化（集約型）魚菜共生系統(tǒng)的專題研究，設(shè)計了國內(nèi)首套實驗性魚菜共生裝置，試驗獲得成功。王雅敏[14]研究了魚菜共生系統(tǒng)理論，從主要設(shè)施及其結(jié)構(gòu)設(shè)計，生長環(huán)境及水質(zhì)凈化，以及經(jīng)濟效益分析等方面作了比較分析。丁永良等人[12]研究了魚菜共生技術(shù)的水質(zhì)和環(huán)境動態(tài)調(diào)控，探索了氨氮、營養(yǎng)鹽類、pH值、溶氧、溫度等因子對魚菜不同生長階段的影響，確立了不同密度魚類與不同種類、不同生長階段蔬菜之間的優(yōu)化配比關(guān)系。結(jié)果表明，總水體為16m3，三個月平均產(chǎn)商品魚21.78kg/m3，凈產(chǎn)14.26kg/m3。蔬菜栽培品種為萵苣（生菜）、黃瓜、櫻桃蕃茄和洋紅蕃茄，其中櫻桃蕃茄和萵苣三個月產(chǎn)量分別為21kg/6m2、19kg/6m2，按每年種植3茬計，櫻桃蕃茄年產(chǎn)為6327kg/畝，萵苣年產(chǎn)6999kg/畝。魚菜產(chǎn)品經(jīng)衛(wèi)生檢驗，達到無公害要求。在何明云[15]的實驗中，以三個月為一期統(tǒng)計，每立方米水體生長商品魚21.78公斤，凈產(chǎn)14.26公斤，較之費吉島大學農(nóng)業(yè)試驗站所進行的羅非魚養(yǎng)殖，該系統(tǒng)每立方米所產(chǎn)商品魚（鯉鯽魚）要高出6.155公斤。

2 魚菜共生技術(shù)的原理及主要類型

魚菜共生技術(shù)是一個人工生態(tài)系統(tǒng)，包含了動物、植物、微生物。養(yǎng)殖魚類產(chǎn)生的排泄物、剩余飼料、氨氮等經(jīng)微生物分解，轉(zhuǎn)化為無機物或小分子有機物，被植物根系吸收，植物得到生長的同時，水質(zhì)也得到了凈化。經(jīng)凈化后的水循環(huán)進入養(yǎng)魚池重復利用。魚池飼料的投喂保證了后續(xù)營養(yǎng)物質(zhì)的來源，同時魚池充氧可以防止植物根系因缺氧而腐爛。它把水產(chǎn)養(yǎng)殖、蔬菜種植和微生物分解發(fā)酵這三種完全不同的技術(shù)通過巧妙的生態(tài)設(shè)計，達到協(xié)同共生，讓魚、蔬菜和微生物之間達到一種和諧的生態(tài)平衡關(guān)系。

現(xiàn)在常用的魚菜共生技術(shù)主要有以下3種模式。

（1）直接漂浮法：黃桃等[16]用泡沫板、竹架等浮體，直接把蔬菜苗固定在漂浮的定植板上進行水培；這種方式雖然簡單，但利用率不高，而且一些雜食性的魚會有吃食根系的問題存在，需對根系進行圍篩網(wǎng)保護，較為繁瑣，而且可栽培的面積小，效率不高，魚的密度也不宜過大。

（2）硝化過濾法： Graber和Junge[7]采用養(yǎng)殖水體與種植系統(tǒng)之間通過硝化濾床連接的設(shè)計。養(yǎng)殖排放的廢水先經(jīng)由硝化濾床的過濾，硝化床上通?？梢栽耘嘁恍┥锪枯^大的瓜果植物，以加快有機濾物的分解硝化。經(jīng)由硝化床過濾而相對清潔的水再循環(huán)入水培蔬菜或霧培蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)作為營養(yǎng)液，用水循環(huán)或噴霧的方式供給蔬菜根系吸收，經(jīng)由蔬菜吸收后又再次返回養(yǎng)殖池，以形成閉路循環(huán)。這種模式可用于大規(guī)模生產(chǎn)，效率高，系統(tǒng)穩(wěn)定。

（3）分離滴管法：養(yǎng)殖水體直接與基質(zhì)培的灌溉系統(tǒng)連接，養(yǎng)殖區(qū)排放的廢液直接以滴灌的方式循環(huán)至基質(zhì)槽或者栽培容器，經(jīng)由栽培基質(zhì)過濾后，又把廢水收集返回養(yǎng)殖水體，這種模式設(shè)計更為簡單，用灌溉管直接連接種植槽或容器形成循環(huán)即可。大多用于瓜果等較為高大植物的基質(zhì)栽培，需注意的地方是，栽培基質(zhì)必須選質(zhì)豌豆狀大小的石礫或者陶粒，這些基質(zhì)濾化效果好，不會出現(xiàn)過濾超載而影響水循環(huán)，不宜用普通無土栽培的珍珠巖、蛭石或廢菌糠基質(zhì)，這些基質(zhì)因排水不好而容易導致系統(tǒng)的生態(tài)平衡破壞[17-18]。

3 魚菜共生技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用

1.魚菜共生技術(shù)在池塘養(yǎng)殖中的應(yīng)用

梁浩亮和姚振峰[19]在500米2池塘中，以奧尼羅非魚為主，搭配鰱鳙魚，同時種植空心菜、臺灣枸杞、水芹、西洋菜等蔬菜。菜苗根以行距20厘米、窩距10厘米直接植入塑料瓶內(nèi)，根系裸浸水中。經(jīng)過205天的養(yǎng)殖，收獲空心菜11茬，總量為2700千克，收獲魚1094.5千克，純利潤7276元。養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的多余的N、P，為水培蔬菜提供了生長的養(yǎng)分，同時也保障了養(yǎng)殖水質(zhì)良好，實現(xiàn)了良性循環(huán)。翟旭亮等[20]選擇3口面積大體相同、分布集中、進排水方便的池塘開展對比養(yǎng)殖試驗。試驗塘Ⅰ平均產(chǎn)量略高于試驗塘Ⅱ，其單產(chǎn)分別為1.2千克/米2和1.1千克/米2，總平均單產(chǎn)約為1.15千克/米2。計算可得全年兩個池塘共收獲空心菜5704千克，平均產(chǎn)量為21949千克/公頃，按市場價1.5元/千克，可實現(xiàn)增收32924元/公頃。在重慶市的巴南、璧山等14個區(qū)縣推廣總面積達到552.9公頃，蔬菜平均種植面積為5%，平均每公頃產(chǎn)水產(chǎn)品達16180.5千克，每公頃產(chǎn)蔬菜達10722千克，每公頃收益達到182520元。蔬菜返塘作為蔬菜收益，蔬菜每公頃純增收達到10920元，每公頃純利潤達到37815元，較常規(guī)養(yǎng)殖方式利潤增加23.9%。魚菜共生包括浮架制作等固定投資成本3817.5元/公頃和2055元/公頃的人工投入成本，扣除20%的固定資產(chǎn)折舊費，翌年可實現(xiàn)16029元/公頃的純增收。2011年魚菜共生實際實施總面積552.9公頃，總增收在600萬元以上，經(jīng)濟效益十分顯著。蔣明健等[21]池塘魚菜共生項目在重慶市的大足、九龍坡、壁山、巴南、南川、涪陵等32個區(qū)縣大面積推廣，總實施面積為68萬畝，完成畝均產(chǎn)水產(chǎn)品1315.9Kg/畝，產(chǎn)量8.9萬噸，占2014年池塘養(yǎng)殖產(chǎn)量的24.6%，畝產(chǎn)蔬菜831.8Kg/畝，產(chǎn)量5.7萬噸，畝均收入17019.5元，較項目實施前增加了42.6%，實現(xiàn)收入11.6億元，畝利潤為4675.7元/畝，是項目實施前畝平利潤的132.7%。全年節(jié)約水電投入58.3%，藥物投入65%、人工費用投入16.8%，間接增加漁民收入558.6元/畝·年。田麗粉等[22]利用水面面積為6畝的池塘養(yǎng)殖奧尼羅非魚、鰱魚、鳙魚和鯽魚，蔬菜主要種植空心菜和臺灣構(gòu)祀。結(jié)果表明，養(yǎng)殖魚類收入為68135元、空心菜收入為11634元，生產(chǎn)成本（魚苗、飼料、肥料及漁藥、塘租、電費、人工及設(shè)備折舊等）49902元，總利潤29867元、畝均利潤為4978元。張海生，董海林[23]利用白龍山水庫放養(yǎng)以草魚為主，套養(yǎng)鰱魚和鳙魚。蔬菜種植面積2hm2，占整個水面10%。蔬菜以空心菜為主，嘗試栽植生菜，其中空心菜占總面積95%。蔬菜區(qū)比無蔬菜區(qū)氨氮降低較明顯為40%，總氮（TN）降低18%，總磷（TP）降低30%。養(yǎng)殖魚類產(chǎn)量由粗放型養(yǎng)殖的16500kg/hm2增加到19500kg/hm2。每平方米生態(tài)浮床每年可以生產(chǎn)綠色蔬菜20～30kg，可以產(chǎn)生經(jīng)濟效益30～50元/m2。養(yǎng)殖魚類可增加產(chǎn)量3000kg/hm2，提高經(jīng)濟效益22500元/hm2。

2.魚菜共生技術(shù)在都市農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

20世紀糧食、能源危機的爆發(fā)，使都市農(nóng)業(yè)成為城市可持續(xù)發(fā)展運動中理想的食品生產(chǎn)模式和生態(tài)城市發(fā)展示范途徑之一。城市與農(nóng)業(yè)的關(guān)系越來越緊密，大量城市農(nóng)場在城市生活區(qū)中誕生。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)支持才能實現(xiàn)，魚菜共生系統(tǒng)便在此背景下產(chǎn)生[24]。都市農(nóng)夫集裝箱是由瑞士應(yīng)用科學大學（ZHAW）名下的都市農(nóng)夫（UrbanFanners）公司所研發(fā)的概念產(chǎn)品。整個裝置結(jié)構(gòu)由兩部分組成，分別為一層放置了養(yǎng)魚池的6.096米敞頂集裝箱盒子和二層垂直種植溫室，總高5m，重約3.5噸，是一個小規(guī)模，便于移動、拆卸的社區(qū)家庭型魚菜共生裝置。人們在一層養(yǎng)魚，也可以通過爬梯進入二層屋面料理溫室庭院。在瑞士經(jīng)過實踐，整個裝置在夏季3個月時間中，能產(chǎn)出60Kg魚和200Kg的蔬菜[25]。目前，在一些城市已有不少的實踐者，陽臺蔬菜就是城市家庭種菜的實踐產(chǎn)物[26-28]，一些城市居民食用的蔬菜有20%～30%靠家庭陽臺自給[29]。城市家庭為了生活環(huán)境的美觀與愜意，不少家庭都在客廳養(yǎng)殖觀賞魚類，因為魚缸中的食物殘渣、魚類排泄物等存在，要不斷的對魚缸換水，家庭種植蔬菜如果能和養(yǎng)魚有機的結(jié)合在一起，將是一個非常節(jié)約資源、低碳環(huán)保、賞娛自樂的生活方式[30]。

蔡氏設(shè)計工作室（TsaiDesignStudio）規(guī)劃設(shè)計的莫約新餐館與非洲集貿(mào)市場（MoyosNewRestaurantandAfricanFoodMarket）坐落于南非開普敦著名景點維多利亞與阿爾弗雷德濱水區(qū)（V&AWaterfront）[31]，是都市農(nóng)業(yè)在城市休閑區(qū)內(nèi)商業(yè)化、景觀化的典型項目，完全采用新能源作為魚菜共生系統(tǒng)的動力。整個項目包含一個二層餐廳和戶外市集，餐廳銷售有機非洲特色菜式，而戶外市集則由20余個小型攤檔、休閑廊和城市農(nóng)場組成。設(shè)計團隊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)。

AECOM/BIG合作團隊運用了魚菜共生系統(tǒng)在美國芝加哥海軍碼頭營造標志性都市景觀[32]。將芝加哥的水晶公園打造成一個超級都市農(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)教育和科技體驗的現(xiàn)代理念。垂直魚菜共生系統(tǒng)成為這個概念的重要技術(shù)支撐：養(yǎng)殖池上垂直種植了當季蔬果，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的高潮。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，實現(xiàn)了多個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。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。

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作者簡介

肖明松（1973-），男，安徽定遠人，副教授，博士，主要從事漁業(yè)生態(tài)和生理研究。