魚菜共生綜合生產(chǎn)系統(tǒng)的研究進(jìn)展

宋紅橋 管崇武

摘 要：魚菜共生系統(tǒng)是一種新型的循環(huán)水養(yǎng)殖新模式，在生態(tài)環(huán)境方面具有顯著的效益，通過(guò)菜-魚之間的生物作用和相互利用關(guān)系，提高養(yǎng)殖水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用，減少和降低水體中有害物質(zhì)的產(chǎn)生和累積，從而提高魚跟菜的總產(chǎn)量，降低了養(yǎng)殖廢水的排放。讓魚-菜兩者之間達(dá)到協(xié)同共生的一種生態(tài)平衡關(guān)系，屬可持續(xù)循環(huán)型低碳漁業(yè)，是一種新型復(fù)合養(yǎng)殖技術(shù)模式。

關(guān)鍵詞：魚菜共生；循環(huán)水養(yǎng)殖；水處理；營(yíng)養(yǎng)鹽

中圖分類號(hào) F323 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2018）20-0063-3

Research Progress of Fish Vegetable Symbiosis Integrated Production System Mode

Song Hongqiao et al.

（Key Laboratory of Fishery Equipment and Engineering，Ministry of Agriculture，F(xiàn)ishery Machinery and Instrument Research Institute，Chinaese Academy of Fishery Sciences，Shanghai 200092，China）

Abstract：Fish-vegetable symbiosis system is a new type of recirculating aquaculture model，which has remarkable benefits in ecological environment.Through the biological interaction and mutual utilization between vegetable and fish，the utilization of nutrients in aquaculture water can be improved，and the production and accumulation of harmful substances in water can be reduced and reduced.The total output of high fish and vegetables reduces the discharge of aquaculture wastewater.It is a kind of ecological balance relationship between fish and vegetable to achieve synergistic symbiosis.This system belongs to the sustainable cycle low carbon fishery and is a new type of compound breeding technology model.

Key words：Fish and vegetable symbiosis；Recirculating aquaculture；Water treatment；Nutrients

在中國(guó)，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)是農(nóng)業(yè)中的一個(gè)重要產(chǎn)業(yè)，養(yǎng)殖魚產(chǎn)量居世界第1位，并且一直保持著高增長(zhǎng)的趨勢(shì)。水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)本是一種高物質(zhì)（高蛋白含量的飼料）投入、高污染源產(chǎn)生的產(chǎn)業(yè)，為了追求水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)中高額的經(jīng)濟(jì)收益和產(chǎn)量，通過(guò)不間斷地增加和提高投入量（高蛋白水產(chǎn)飼料），然而飼料中所含的N等營(yíng)養(yǎng)元素中的一部分會(huì)被魚消化吸收利用轉(zhuǎn)化成魚肉及魚體的各個(gè)組成部分等，剩余的N等營(yíng)養(yǎng)元素由魚的排泄物排出魚體后流入養(yǎng)殖水體中，經(jīng)長(zhǎng)期過(guò)程，會(huì)造成養(yǎng)殖水體的富營(yíng)養(yǎng)化污染。

在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的水體中，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要來(lái)源于飼料的投喂、經(jīng)魚消化系統(tǒng)吸收轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的糞便和殘餌產(chǎn)生的物質(zhì)腐化，部分營(yíng)養(yǎng)鹽經(jīng)生物濾器和水體中的硝化菌吸收和轉(zhuǎn)化利用，循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不斷的積累，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，需進(jìn)行更換部分水體，從而保證水質(zhì)以及調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)鹽。

水耕栽培技術(shù)是一項(xiàng)人為創(chuàng)造根際環(huán)境的可控型農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)，植物根系生長(zhǎng)在富含營(yíng)養(yǎng)鹽的水體中，可避免在土壤栽培過(guò)程中的很多不利的因素。植物生長(zhǎng)所需的水、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及光照等，完全在人工條件下控制供給，從而為提高產(chǎn)品品質(zhì)提供了保障[1]。種植和栽培的蔬菜主要是通過(guò)根系吸收水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等，將水體中的氮、磷等過(guò)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收轉(zhuǎn)化，并凈化水質(zhì)從而獲得綠色蔬菜。

1 魚菜共生的概念

魚菜共生是水耕栽培與循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)相結(jié)合的種養(yǎng)型的新模式，是一種涉及魚類養(yǎng)殖學(xué)、植物種植學(xué)以及機(jī)電設(shè)備類等相結(jié)合的生態(tài)型農(nóng)業(yè)技術(shù)。主要是以生態(tài)農(nóng)業(yè)工程為理論基礎(chǔ)，具有較高科技含量和較強(qiáng)的自我調(diào)節(jié)功能，是生態(tài)型、集約化的綜合性生產(chǎn)模式，是今后農(nóng)業(yè)發(fā)展的必由之路[2]。根據(jù)魚類跟植物兩者之間的營(yíng)養(yǎng)所需的元素要求、兩者所處相同環(huán)境的特點(diǎn)，將水產(chǎn)養(yǎng)殖和植物種植這2種不同的農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)，通過(guò)科學(xué)的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與計(jì)算，搭配并能達(dá)到兩者之間協(xié)同共生，互惠、互利和互助，從最根本上實(shí)現(xiàn)養(yǎng)魚系統(tǒng)不需換水，免除了在養(yǎng)殖過(guò)程中由于水質(zhì)問(wèn)題造成的影響；種菜不需施肥料，也能保證蔬菜正常生長(zhǎng)，讓魚跟菜兩者之間能達(dá)到一種平衡、互利、共生的關(guān)系，是一種新型復(fù)合型養(yǎng)殖技術(shù)模式，也是可持續(xù)循環(huán)型低碳漁業(yè)發(fā)展的研究方向。

魚菜共生技術(shù)是在人工控制條件下，將養(yǎng)殖水體中的魚類的排泄物、分泌物、餌料飼料殘?jiān)葟U棄物轉(zhuǎn)化為植物能吸收利用的營(yíng)養(yǎng)鹽類等，蔬菜在生長(zhǎng)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)水體中吸收營(yíng)養(yǎng)鹽類而凈化水質(zhì)，改良魚類生長(zhǎng)環(huán)境[3]。受到養(yǎng)殖污染的水體里的氨氮和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)由微生物細(xì)菌分解成亞硝酸鹽和硝酸鹽，然后被植物根系作為營(yíng)養(yǎng)吸收轉(zhuǎn)化利用，達(dá)到魚跟菜兩者之間的共盈效果，提高魚與菜兩者的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境生態(tài)意義。

2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

在國(guó)內(nèi)，1988年相關(guān)科研人員就已經(jīng)對(duì)集約化的魚菜共生系統(tǒng)的開(kāi)展了相關(guān)的專題研究，設(shè)計(jì)和制作出了國(guó)內(nèi)首套實(shí)驗(yàn)性魚-菜共生養(yǎng)殖系統(tǒng)裝置，進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)并獲得了成功，隨后又進(jìn)行了關(guān)于魚-菜方面的庭園型設(shè)施設(shè)備研究；1991年，魚-菜共生系統(tǒng)的中試研究項(xiàng)目通過(guò)了中國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金會(huì)和中國(guó)水產(chǎn)學(xué)會(huì)組織的技術(shù)鑒定[4]。

近幾年來(lái)，人工濕地在凈化處理養(yǎng)殖廢水，以及在回收利用方面取得了一定的效果[5-7]。丁永良等[8]進(jìn)行了魚-菜共生系統(tǒng)的相關(guān)中試研究，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中取得了凈產(chǎn)鯉鯽14.26kg/m3和萵苣3.3kg/m2。張明華等[9]的研究表明，蔬菜栽培對(duì)養(yǎng)殖系統(tǒng)中水質(zhì)具有凈化作用，且隨循環(huán)次數(shù)的累計(jì)和增加，達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的凈水效果；整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的植物，苗種期表現(xiàn)為吸收能力較差，隨著植物生長(zhǎng)，蔬菜吸收和凈水能力逐漸增強(qiáng)，系統(tǒng)水體中氨氮明顯下降，在植物生頂峰長(zhǎng)期，去除氨氮能力最強(qiáng)，水中氨氮濃度降至最低點(diǎn)；植物轉(zhuǎn)入生殖期后，吸收氨氮能力明顯下降，系統(tǒng)水體中氨氮含量開(kāi)始上升。丁小濤等[10]研究表明，在魚菜共生系統(tǒng)中栽種蕹菜，在系統(tǒng)中減少和降低養(yǎng)魚廢水中總氨（78.32%～85.48%）、亞硝酸鹽82.93%～92.22%）、硝酸鹽（79.19%～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(fù)利用。宋紅橋等[11]在水培植物凈化對(duì)循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論中表明：在循環(huán)率為20次/d的羅非魚循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中，栽培區(qū)域進(jìn)出水口對(duì)氨氮吸收去除率平均為8.3%，亞硝酸鹽氮吸收去除率平均值為16.3%，硝酸鹽氮吸收去除率平均值為16.2%，COD的去除率平均值為10.4%；整套試驗(yàn)系統(tǒng)水力負(fù)荷為10m3/（m2·d），對(duì)總氮的平均去除負(fù)荷為9.5g/（m2·d）。王興等[12]研究魚腥草生態(tài)浮床，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水環(huán)境的改善使魚-菜精養(yǎng)模式下的吉富羅非魚表現(xiàn)出較高的消化能力，5個(gè)月魚的特定生長(zhǎng)率、肥滿度都高于其他對(duì)比試驗(yàn)組。國(guó)內(nèi)有較多單位利用該模式進(jìn)行養(yǎng)殖生產(chǎn)，如浙江麗水農(nóng)科所、廣州市水產(chǎn)研究所、江蘇省淮安市水產(chǎn)研究所、上海漁業(yè)機(jī)械儀器研究所等都均取得了不錯(cuò)經(jīng)濟(jì)收益和生態(tài)效益。

美國(guó)、埃及、丹麥、日本等一些國(guó)家，近期來(lái)都在向生態(tài)型的魚萊共生系統(tǒng)的模式發(fā)展和轉(zhuǎn)變。魚池上層進(jìn)行無(wú)土栽培，種植蔬萊、中藥、花卉等植物。經(jīng)研究表明：魚體分泌的枯液具有抑制菜蟲害發(fā)生的作用，而植物根親分泌出的有機(jī)酸，能有效地抑制魚病的發(fā)生；魚的排泄物提供了植物的營(yíng)養(yǎng)，植物的根系吸收水中的營(yíng)養(yǎng)鹽間接地凈化了系統(tǒng)中的水質(zhì)。美國(guó)的典型組合是溫室魚池，配備了2hm2溫室菜床，用養(yǎng)羅非魚的水，作為營(yíng)養(yǎng)源，種植生菜，經(jīng)降解凈化后的水循環(huán)進(jìn)行養(yǎng)魚，年產(chǎn)魚100kg/m2，生菜200t以上。加勒比海地區(qū)弗吉島大學(xué)的魚菜共生系統(tǒng)，1個(gè)單元，12.8m3養(yǎng)魚池，2×13.8m2（2.1m3）蔬菜培育槽，6個(gè)月生產(chǎn)羅非魚400kg，生菜密度23.9株/m2；3周收1茬[13]。

3 魚菜共生技術(shù)的主要類型

3.1 直接漂浮法 是最為常見(jiàn)的一種，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，利用塑料浮性泡沫板等材料，將水培蔬菜苗放在浮板上面直接進(jìn)行栽培。缺點(diǎn)是需要對(duì)植物的根系采取保護(hù)，防止養(yǎng)殖魚將植物根系破壞，該種方式利用和轉(zhuǎn)化率并不高。

3.2 分離滴灌法 這種模式更為簡(jiǎn)單，養(yǎng)殖水直接利用滴灌的形式循環(huán)到栽培容器，水再經(jīng)過(guò)栽培基質(zhì)等材料的過(guò)濾處理，又流到養(yǎng)殖區(qū)，這種栽培的方式對(duì)栽培基質(zhì)要求比較嚴(yán)格，一般使用豌豆大小的石礫或者陶粒、砂石等材料，這一類基質(zhì)都較適用于瓜果類蔬菜的栽培種養(yǎng)。

3.3 硝化過(guò)濾法 硝化過(guò)濾法是利用養(yǎng)殖水體與種植系統(tǒng)中的循環(huán)水處理單元，將養(yǎng)殖水利用系統(tǒng)的循環(huán)凈化系統(tǒng)，由水處理生化反應(yīng)器、曝氣裝置、硝化濾床過(guò)濾，經(jīng)處理單元對(duì)水體中的有機(jī)物的分解。經(jīng)過(guò)硝化過(guò)濾的水由水泵循環(huán)到水培蔬菜的栽培系統(tǒng)中作為植物能利用吸收的營(yíng)養(yǎng)源，蔬菜利用根系吸收水體中的營(yíng)養(yǎng)源和營(yíng)養(yǎng)鹽，蔬菜根系利用過(guò)后的水又重新返回養(yǎng)殖池，形成一整套的水循環(huán)。該種模式相對(duì)利用效率較高，魚菜共生系統(tǒng)之間的穩(wěn)定性更強(qiáng)，適合用于大規(guī)模的魚菜共生系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

在水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中，飼料的高投入是作為唯一營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)源，即魚類生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)源和餌料，也是蔬菜所能直接或間接吸收利用的營(yíng)養(yǎng)源。魚菜共生的水體只是作為兩者之間的載體或介質(zhì)，魚類的生長(zhǎng)和密度增長(zhǎng)是作為第1產(chǎn)出，植物生長(zhǎng)和增長(zhǎng)作為第2產(chǎn)出，兩者均為綠色食物。魚菜共生系統(tǒng)符合和滿足在生態(tài)環(huán)境中所進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)，互惠互利，相互轉(zhuǎn)化。與工業(yè)化養(yǎng)魚系統(tǒng)比較，體現(xiàn)了在生產(chǎn)過(guò)程中不僅具有系統(tǒng)的水質(zhì)凈化，也同時(shí)具備系統(tǒng)自身增值的優(yōu)勢(shì)。魚菜共生系統(tǒng)是可進(jìn)行立體化種養(yǎng)，具有節(jié)水省地、低投入高產(chǎn)出、優(yōu)化生態(tài)環(huán)境效益、適用性廣的特點(diǎn)。

魚菜共生系統(tǒng)設(shè)施通過(guò)創(chuàng)新改造和生態(tài)化綜合種養(yǎng)技術(shù)的摸索，初步奠定了魚與菜之間協(xié)作和互利關(guān)系，確定了不同的2個(gè)生產(chǎn)對(duì)象之間所存在的生態(tài)聯(lián)系，形成一種魚菜共生互惠互利的特定生態(tài)結(jié)構(gòu)和良性循環(huán)機(jī)理，作為一種多學(xué)科、跨專業(yè)的新技術(shù)，成為未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的有效途徑和方式[14]。

魚菜共生系統(tǒng)今后研究方向主要在以下幾個(gè)方面：（1）研究與魚-菜之間相結(jié)合的水處理方法和技術(shù)手段，保證水產(chǎn)養(yǎng)殖水體與水培植物之間的正常運(yùn)行和生長(zhǎng)相關(guān)的技術(shù)。（2）建立魚-菜綜合生產(chǎn)模式，包含系統(tǒng)內(nèi)的水質(zhì)指標(biāo)及其參數(shù)等之間的相互影響，深入了解參數(shù)之間的聯(lián)系和影響，掌握參數(shù)因子之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，以及參數(shù)之前的關(guān)聯(lián)性。（3）研究集成魚-菜系統(tǒng)，針對(duì)魚菜共生系統(tǒng)的工程特性，開(kāi)發(fā)相關(guān)的智能管控裝備和裝置，增強(qiáng)系統(tǒng)的可操作及可調(diào)控性，讓系統(tǒng)使用更加穩(wěn)定、可靠。

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（責(zé)編：張宏民）