閉環(huán)型魚菜共生系統(tǒng)模式探討

李志娟，高 帥，劉永好，耿云沖

（北京中農(nóng)天陸微納米氣泡水科技有限公司，北京 101100）

自1970年澳大利亞園藝愛好者提出魚菜共生理念[1]至今已有近50年，隨著國內(nèi)消費(fèi)者對農(nóng)產(chǎn)品安全、綠色、環(huán)保的要求越來越高，閉環(huán)型魚菜共生系統(tǒng)吸引了大量農(nóng)戶，其作為未來城市中的生產(chǎn)模式也被眾多專業(yè)人士看好，具有廣闊的前景，是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的“潛力股”。

目前，我國非自然水體水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)主要采用土塘養(yǎng)殖和養(yǎng)殖桶養(yǎng)殖方式。隨著綠色農(nóng)業(yè)5大行動(dòng)的正式實(shí)施，傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式需要向更加節(jié)能環(huán)保的方向轉(zhuǎn)型?！伴]環(huán)”的性質(zhì)決定了系統(tǒng)使用循環(huán)水[2]，屬于典型的節(jié)水生產(chǎn)模式，這與經(jīng)常換水的傳統(tǒng)漁業(yè)有本質(zhì)上的區(qū)別。馬子超等[3]為閉環(huán)型魚菜共生系統(tǒng)設(shè)計(jì)了基于ZigBee的無線傳感系統(tǒng)，為閉環(huán)型魚菜共生系統(tǒng)未來的自動(dòng)化開辟了一種可能途徑。美國、歐洲大部分水產(chǎn)養(yǎng)殖研究機(jī)構(gòu)都是采用溫室內(nèi)搭建閉鎖環(huán)循環(huán)系統(tǒng)來完成水由魚池到無土栽培槽過濾再返回魚池中的一個(gè)循環(huán)過程，并通過多路循環(huán)設(shè)計(jì)對多種植物進(jìn)行灌溉試驗(yàn)[4]。Knaus等[5]將尼羅羅非魚、錦鯉和黃瓜、番茄、萵苣相互組合以篩選出生產(chǎn)效果最佳的閉環(huán)型魚菜共生組合，研究結(jié)果表明羅非魚與番茄、錦鯉與黃瓜組合效果最為理想。Fang等[6]在閉環(huán)型魚菜共生系統(tǒng)采用基于藻類的水培法（AA）以提高植物對氮的利用率、達(dá)到更好的水質(zhì)凈化效果，試驗(yàn)結(jié)果表明植物的氮利用率提高了13.8%，N2O的排放降低了89.9%。

然而，魚菜共生系統(tǒng)在實(shí)踐中的效果并不理想，很多采用閉環(huán)型魚菜共生系統(tǒng)的農(nóng)場都遭受了損失，Bosma等[7]研究表明大部分農(nóng)場虧損的原因是將水培蔬菜作為主要經(jīng)濟(jì)產(chǎn)物，而投入成本較高的水產(chǎn)養(yǎng)殖卻成為了副產(chǎn)品。為此，本試驗(yàn)通過研究小型閉環(huán)型魚菜共生系統(tǒng)模式實(shí)際運(yùn)行情況及魚菜生長情況對該生產(chǎn)模式做出評價(jià)，并初步探索了羅非魚和生菜搭配合適的魚菜比例，為未來大型工廠化魚菜共生生產(chǎn)系統(tǒng)模式提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

羅非魚（非洲鯽魚）：選擇經(jīng)過拉網(wǎng)訓(xùn)練、體表完好、體格健壯、整齊均勻的健康苗種，規(guī)格在0.5 kg左右，由北京小湯山魚種場提供魚苗。

生菜（美國大速生）：中農(nóng)天陸微納米氣泡水科技有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2017年10月在北京國際都市農(nóng)業(yè)科技園田間超市搭建了落地式閉環(huán)型魚菜共生系統(tǒng)（圖1）。系統(tǒng)中有2個(gè)容積為2 m3的PVC養(yǎng)殖桶、1個(gè)容積為1.5 m3的過濾硝化池、1個(gè)2 m3容積的集水池、3個(gè)面積為3 m2的水培蔬菜區(qū)。

2018年6月25日在1.5 m3的過濾硝化池中放入2袋50 kg的生化浮球，打開充氧氣泵，調(diào)節(jié)落地式魚菜共生系統(tǒng)中水流速度平衡，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。于2018年7—9月，進(jìn)行不同魚菜比例種養(yǎng)試驗(yàn)，每月1號在2個(gè)容積為2 m3的PVC養(yǎng)殖桶中各放入0.5 kg左右羅非魚30條，每月3日開始喂料，每月末結(jié)束喂料。

7月2日在3 m2水培蔬菜區(qū)種植240棵苗齡20 d的生菜，魚（條）菜（棵）比例1∶4；8月2日在6 m2水培蔬菜區(qū)種植480棵苗齡20 d的生菜，魚菜比例1∶8；9月2日在9 m2水培蔬菜區(qū)種植720棵苗齡20 d的生菜，魚菜比例1∶12。

1.3 調(diào)查項(xiàng)目及方法

以5 d時(shí)間為1個(gè)試驗(yàn)周期測試落地魚菜共生系統(tǒng)PVC養(yǎng)殖桶中的水溫、溶氧、pH值、氨氮、亞硝酸鹽的含量和死魚數(shù)量，觀察記錄落地式魚菜共生系統(tǒng)水培蔬菜區(qū)中大速生菜的葉色（深綠、淡綠、淡黃、深黃），并于每月結(jié)束時(shí)稱取生菜和羅非魚質(zhì)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 落地式魚菜共生系統(tǒng)中魚菜比例為1∶4時(shí)的環(huán)境情況

由表1可知，隨著時(shí)間的增加，養(yǎng)殖桶水溫逐漸降低，溶氧升高，pH值相對穩(wěn)定，氨氮和亞硝酸鹽含量逐漸升高，死魚數(shù)量較多，生菜葉色淡綠，說明該系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，羅非魚（條）和生菜（棵）搭配比例1∶4不合適。

圖1 落地式閉環(huán)型魚菜共生系統(tǒng)模式

2.2 落地式魚菜共生系統(tǒng)中魚菜比例為1∶8時(shí)的環(huán)境情況

由表2可知，隨著時(shí)間的增加，養(yǎng)殖桶水溫逐漸降低，溶氧相對穩(wěn)定，pH值相對穩(wěn)定，氨氮和亞硝酸鹽含量逐漸降低，魚和生菜生長良好，生菜葉色濃綠，死魚數(shù)量少，說明該系統(tǒng)中過濾硝化池硝化反應(yīng)逐漸發(fā)揮強(qiáng)大作用，該系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，說明羅非魚（條）和生菜（棵）搭配比例1∶8比較合適。

2.3 落地式魚菜共生系統(tǒng)中魚菜比例為1∶12時(shí)的環(huán)境情況

由表3可知，雖然養(yǎng)殖桶隨著時(shí)間的增加，水溫逐漸降低，溶氧波動(dòng)變化，pH值相對穩(wěn)定，氨氮和亞硝酸鹽含量迅速降低，說明該系統(tǒng)中過濾硝化池硝化反應(yīng)逐漸發(fā)揮作用；但是后期死魚數(shù)量增多而且生菜逐漸偏黃，推測是因?yàn)樵撓到y(tǒng)中生菜多，魚少，造成后期生菜所需的營養(yǎng)不能滿足其生長需要，所以該系統(tǒng)后期運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，說明羅非魚（條）和生菜（棵）搭配比例1∶12不合適。

2.4 不同魚菜比例對生菜和魚生長的影響

由表4可知，魚菜比為1∶8時(shí)，生菜葉色深綠，總產(chǎn)量最高；魚的生長速度快，總質(zhì)量高，較魚菜比1∶4和1∶12時(shí)總質(zhì)量分別提高119.70%和42.16%，且死魚率低，是較合適的魚菜比例。

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)表明羅非魚（條）和生菜（棵）的比例為1∶8比較適合落地式魚菜共生系統(tǒng)正常運(yùn)行，能夠保證魚和生菜的互利共生關(guān)系。本次試驗(yàn)不能排除7、8、9這3個(gè)月的溫、光、熱等環(huán)境條件的影響，因?yàn)轲B(yǎng)殖條件所限，所以這一結(jié)論還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

表1 落地式魚菜共生系統(tǒng)魚菜比例為1∶4時(shí)環(huán)境情況

表2 落地式魚菜共生系統(tǒng)魚菜比例為1∶8時(shí)環(huán)境情況

表3 落地式魚菜共生系統(tǒng)魚菜比例為1∶12時(shí)環(huán)境情況

表4 不同魚菜比例對生菜和魚生長的影響

試驗(yàn)通過在養(yǎng)殖桶中投喂魚飼料，魚類產(chǎn)生魚糞及有機(jī)氮經(jīng)過氨化作用生成氨氮；然后在過濾硝化池中經(jīng)過亞硝化作用生成亞硝酸鹽，亞硝酸鹽經(jīng)過硝化作用生成可被植物吸收的硝酸鹽；最后硝酸鹽流入水培蔬菜區(qū)經(jīng)過蔬菜根系的吸收后變?yōu)閮羲亓鞯金B(yǎng)殖桶。從而實(shí)現(xiàn)養(yǎng)魚不換水而無水質(zhì)憂患，種菜不施肥而正常成長的共生效應(yīng)，讓動(dòng)物、植物、微生物三者之間達(dá)到一種和諧的生態(tài)平衡關(guān)系。

羅非魚和生菜結(jié)合成閉環(huán)型魚菜共生生產(chǎn)系統(tǒng)模式運(yùn)行非常成功，該研究在小型魚菜共生系統(tǒng)模式中收集的各項(xiàng)參數(shù)（魚池水質(zhì)、水培區(qū)水質(zhì)、魚菜增重、種養(yǎng)比例）將作為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)供未來大型魚菜共生高密度養(yǎng)殖參考，閉環(huán)型魚菜共生系統(tǒng)是極有研究和推廣價(jià)值的綠色高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖模式，其作為新興的生產(chǎn)模式具有廣闊的發(fā)展前景。