魚菜共生養(yǎng)殖模式對錦鯉生長、消化酶活力的影響及養(yǎng)殖推廣效益測算

史東杰，胡金有，王賽賽，陳曉璇，朱 華，張 欣

(1.北京市水產(chǎn)科學(xué)研究所暨國家淡水漁業(yè)工程技術(shù)研究中心，北京 100068；2.農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)(北方)重點實驗室，北京 100097； 3.漁業(yè)生物技術(shù)北京市重點實驗室，北京 100097； 4.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，北京 100083； 5.天津農(nóng)學(xué)院 水產(chǎn)學(xué)院，天津 300380)

都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的突出特點是高投入、高產(chǎn)出，其功能在原有生產(chǎn)功能的基礎(chǔ)上，拓展為兼具生態(tài)功能、生活功能和示范功能，因此，探索新型的環(huán)保養(yǎng)殖模式是當(dāng)前水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)調(diào)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)方式的關(guān)鍵點。

魚菜共生是一種新型的復(fù)合農(nóng)耕生態(tài)體系，是將養(yǎng)魚與水生植物無土栽培有機結(jié)合，其主要體現(xiàn)為水中養(yǎng)魚、水上種菜的立體養(yǎng)殖模式，養(yǎng)殖魚類排泄物可以為水生植物提供營養(yǎng)，水生植物發(fā)達(dá)的根系可以吸收水中有機物而起到凈化養(yǎng)殖用水的效果[1-3]。在整個養(yǎng)殖系統(tǒng)中，不需要為魚換水，也不需要為水生植物施肥，實施養(yǎng)殖系統(tǒng)的自我修復(fù)功能，從而達(dá)到節(jié)水、低氮和無廢排放的目的。研究表明，魚菜共生系統(tǒng)還可以提高養(yǎng)殖魚類的飼料轉(zhuǎn)化率，促進(jìn)生長[4]。這一模式在國外發(fā)達(dá)國家發(fā)展較為迅速，而在我國發(fā)展不到20 a，但其已被多地漁業(yè)部門立項研究并進(jìn)行示范推廣，不僅生態(tài)效益顯著，也可為農(nóng)民增收做貢獻(xiàn)，可實現(xiàn)每公頃池塘凈增7 500～15 000元的效益[5-11]。

魚菜共生養(yǎng)殖模式在鯉魚(Cyprinuscarpio)、鯽魚(Carassiusauratus)、吉富羅非魚(Oreochromisniloticus)、非洲鯰魚(Clariasgariepinus)、彩虹鯛(Viejafenestratus)、淡水白鯧(Colossomabrachypomum)、長吻鮠(Leiocassislongirostris)和斑點叉尾鮰(Ietaluruspunetaus)等魚類和番茄(LycopersiconesculentumMill.)、茄子(Solanummelongena)、黃瓜(CucumissativusL.)、辣椒(Capsicumannuum)、萵苣(LactucasativaLinn.)、魚腥草(HouttuyniacordataThunb)、空心菜(IpomoeaaquaticaForsk)、芥菜(Brassicajuncea)等植物上進(jìn)行了相關(guān)試驗研究，都取得了較好的研究成果[2,6,8,12-16]。錦鯉被譽為水中的活寶石，是極具市場前景的一種大型觀賞魚，在我國已有幾十年的養(yǎng)殖歷史，景觀效益和經(jīng)濟(jì)效益突出。目前，魚菜共生養(yǎng)殖模式在觀賞魚產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用尚未見到。因此，以錦鯉為試驗對象，比較不同生物浮床覆蓋率的魚菜共生養(yǎng)殖模式與傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式下錦鯉生長和消化酶活力的差異，并對養(yǎng)殖效益及技術(shù)推廣后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行測算，是將魚菜共生養(yǎng)殖模式應(yīng)用到觀賞魚產(chǎn)業(yè)的一種新的嘗試，旨在為該模式與觀賞魚產(chǎn)業(yè)的結(jié)合應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，同時也為綜合評價該模式在魚類養(yǎng)殖中的應(yīng)用效果提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗選用15個水泥池，規(guī)格均為5.0 m×8.0 m×1.2 m，養(yǎng)殖水深1 m，水泥池經(jīng)過二氧化氯消毒并沖刷干凈后用于試驗。

試驗用魚為紅白錦鯉，初始體質(zhì)量為(257.54±5.74) g，共計3 000尾?？招牟速徸员本╉樍x某市場，為北京本地品種。

魚菜共生養(yǎng)殖模式均采用PVC管結(jié)構(gòu)生物浮床，其上面種植空心菜，空心菜通過PVC繩索固定在培載孔和栽培載體內(nèi)部，形成空心菜生物浮床，并通過PVC繩固定在水泥池的一邊，每個培載孔直徑為2.0 cm，種植1～2株空心菜。

1.2 試驗設(shè)計及飼養(yǎng)管理

試驗設(shè)計4種錦鯉-空心菜共生養(yǎng)殖模式，試驗所用15個水泥池平分成5組，分別為1號組(Ⅰ#)、2號組(Ⅱ#)、3號組(Ⅲ#)、4號組(Ⅳ#)和5號組(Ⅴ#)，其中Ⅰ#為對照組，即不設(shè)置生物浮床；Ⅱ#投放生物浮床覆蓋面積約占水泥池表面積的5%；Ⅲ#投放生物浮床覆蓋面積約占水泥池表面積的10%；Ⅳ#投放生物浮床覆蓋面積約占水泥池表面積的20%；Ⅴ#投放生物浮床覆蓋面積約占水泥池表面積的40%。每個試驗池投放200尾錦鯉，每組設(shè)3個重復(fù)。

在試驗期間，所有試驗池和對照組日常管理均相同，養(yǎng)殖用水為地下井水，水溫為室溫，pH值7.4，溶解氧(Do)≥5 mg/L，光照為自然光源。每日投喂2次(9:30、17:00)，投喂量為魚體質(zhì)量的3%～5%，根據(jù)魚體的攝食情況做適當(dāng)調(diào)整。試驗于2016年6月1日—11月1日進(jìn)行，共計5個月。

1.3 樣品采集及指標(biāo)測定

試驗開始后，分別于7月15日、9月15日、11月1日定期取樣3次，每次取樣前禁食24 h，每次每池取樣40尾，用適量的丁香酚暫時麻醉后，測量試驗魚體質(zhì)量并做記錄，然后將其中的3尾魚在冰盤上迅速解剖，分離出整個腸道，雙蒸水沖洗，迅速用液氮冷凍2 min，放入-80 ℃超低溫冰箱保存，備測腸蛋白酶、腸脂肪酶和腸淀粉酶等消化酶的活力。腸蛋白酶、腸脂肪酶和腸淀粉酶的活力測定采用北京澳聯(lián)雅實驗設(shè)備中心的試劑盒，具體測定方法參照試劑盒說明書。試驗結(jié)束時，每個養(yǎng)殖池按照錦鯉總數(shù)50%的比例進(jìn)行丁香酚麻醉，測量體長/體高，并按照農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對紅白錦鯉進(jìn)行分級。根據(jù)各階段的記錄數(shù)據(jù)，按照公式(1)—(3)計算增重率、特定生長率及成活率。

增重率(WGR)=[(終末體質(zhì)量-初始體質(zhì)量)/初始體質(zhì)量]×100%

(1)

特定生長率(SGR)=[(ln終末魚體質(zhì)量-ln初始魚體質(zhì)量)/飼養(yǎng)天數(shù)]×100%

(2)

成活率(SR)=(試驗?zāi)~尾數(shù)/試驗初魚尾數(shù))×100%

(3)

1.4 養(yǎng)殖效益測算

按照成本收益測算本試驗養(yǎng)殖效益。本研究成果形成后，在京津冀地區(qū)示范推廣了2 a，按照國家農(nóng)業(yè)科研成果經(jīng)濟(jì)效益測算方法的相關(guān)規(guī)定[17-18]，對該養(yǎng)殖技術(shù)模式近2 a在京津冀的推廣經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行測算，測算的主要指標(biāo)為魚菜共生養(yǎng)殖模式已獲經(jīng)濟(jì)效益(公式4)、魚菜共生養(yǎng)殖模式還可能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益(公式7)、魚菜共生養(yǎng)殖模式年經(jīng)濟(jì)效益(公式8)、科研投資年均收益率(公式9)、單位規(guī)模新增純收益(公式5)和已推廣期間應(yīng)分?jǐn)偟目蒲匈M用(公式6)。測算的主要數(shù)據(jù)為北京市觀賞魚創(chuàng)新團(tuán)隊項目投入資金和該模式在京津冀地區(qū)觀賞魚產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用的相關(guān)數(shù)據(jù)資料。

魚菜共生養(yǎng)殖模式已獲經(jīng)濟(jì)效益(元)=單位規(guī)模新增純收益×縮值系數(shù)×已推廣的有效規(guī)模-已投入的推廣費用-已推廣期間應(yīng)分?jǐn)偟目蒲匈M用

(4)

單位規(guī)模新增純收益(元/m2)=總產(chǎn)值-總投入未使用本試驗?zāi)Ｊ降漠a(chǎn)值

(5)

已推廣期間應(yīng)分?jǐn)偟目蒲匈M用(元)=已推廣規(guī)模/可能的推廣規(guī)?！量偪蒲匈M用復(fù)利值

(6)

魚菜共生養(yǎng)殖模式還可能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益(元)=單位規(guī)模新增純收益×縮值系數(shù)×第i年內(nèi)產(chǎn)生效益的規(guī)模-第i年內(nèi)的推廣費用

(7)

魚菜共生養(yǎng)殖模式年經(jīng)濟(jì)效益(元)=(已獲經(jīng)濟(jì)效益+還可能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益)/經(jīng)濟(jì)效益計算年限

(8)

科研投資年均收益率(元)=年經(jīng)濟(jì)效益×科研單位經(jīng)濟(jì)效益分計系數(shù)/總科研費用復(fù)利值

(9)

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，用多重比較法進(jìn)行組間差異顯著性分析，顯著水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 魚菜共生養(yǎng)殖模式對錦鯉生長性能的影響

從表1可以看出，7月15日養(yǎng)殖45 d時，與對照組(Ⅰ#)相比，魚菜共生試驗各組(Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#、Ⅴ#)的終末體質(zhì)量、增重率和特定生長率均無顯著差異(P>0.05)；9月15日養(yǎng)殖105 d時，各試驗組的終末體質(zhì)量和增重率與對照組相比無顯著差異(P>0.05)，且各試驗組間差異也不顯著，但各試驗組特定生長率顯著低于對照組(P<0.05)，且各試驗組間特定生長率也存在顯著差異(P<0.05)，隨著各試驗組生物浮床覆蓋面積的增加而顯著下降(P<0.05)；11月1日養(yǎng)殖150 d試驗結(jié)束時進(jìn)行最后取樣，與對照組相比，各試驗組終末體質(zhì)量、增重率和特定生長率均顯著增加(P<0.05)，且各試驗組間也存在顯著差異(P<0.05)。終末體質(zhì)量、增重率和特定生長率隨著生物浮床覆蓋面積的增加先增加后顯著下降，Ⅲ#組覆蓋面積為10%時，3個指標(biāo)均達(dá)到最高值。

2.2 魚菜共生養(yǎng)殖模式對錦鯉消化酶活力的影響

從表2可以看出，7月15日養(yǎng)殖45 d時，各試驗組腸蛋白酶活力顯著高于對照組(Ⅰ#)(P<0.05)，但各組間差異不顯著(P>0.05)；各試驗組腸脂肪酶活力、腸淀粉酶活力與對照組相比無顯著差異(P>0.05)，且各試驗組腸淀粉酶活力與對照組水平相當(dāng)。

9月15日養(yǎng)殖105 d時，與對照組相比，各試驗組腸蛋白酶活力無顯著差異(P>0.05)，組間差異亦不顯著(P>0.05)；各試驗組腸脂肪酶活力與腸淀粉酶活力均顯著高于對照組(P<0.05)，2種酶的活力均隨著生物浮床覆蓋面積的增加先增大后顯著降低，Ⅲ#組覆蓋面積為10%時，活力均達(dá)到最大。

注：相同取樣時間指標(biāo)后面的字母不同表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Notes: Different letters after the same sampling time index show significant difference(P<0.05), the same below.

11月1日養(yǎng)殖150 d時，各試驗組腸蛋白酶和腸脂肪酶活力顯著高于對照組(P<0.05)，其中Ⅲ#組腸蛋白酶和腸脂肪酶活力顯著高于其他試驗組。在整個養(yǎng)殖周期內(nèi)，腸蛋白酶和腸脂肪酶的活力隨著生物浮床覆蓋面積的增加，呈先增大后減小趨勢，尤以Ⅲ#組覆蓋面積為10%時，其活力達(dá)到最高。與其他各組相比，Ⅲ#腸淀粉酶仍保持最大活力。Ⅱ#、Ⅳ#、Ⅴ#組的腸淀粉酶活力與對照組無顯著差異(P>0.05)。

表2 魚菜共生養(yǎng)殖模式對錦鯉腸消化酶活力的影響 Tab.2 Effect of aquaponics mode on digestive enzyme activity of Cyprinus carpio haematopterus

2.3 魚、菜的產(chǎn)量、品質(zhì)和效益分析

在整個養(yǎng)殖期中，從8月份空心菜開始收割，每15 d左右收割一次，每個試驗組分別收割8次，空心菜按照單價7元/kg計算，各試驗組空心菜產(chǎn)量和效益見表3。Ⅲ#組獲得的產(chǎn)量最高，為263.5 kg，獲得的利潤最高，為1 644.5元。

表3 不同試驗組空心菜產(chǎn)量和效益情況Tab.3 Water spinach yield and benefit in different

空心菜收割后，對紅白錦鯉進(jìn)行網(wǎng)捕。從肉眼觀察來看，各試驗組錦鯉體色較對照組鮮艷渾厚，花紋切邊明顯。B級錦鯉單價按照500元/尾，C級錦鯉單價按照200元/尾，Ⅲ#組產(chǎn)值最高，達(dá)18.48萬元，獲利1.21萬元(表4)。

表4 錦鯉分級占比及效益情況Tab.4 Classification and benefits of Cyprinus carpio haematopterus

注：表中所屬級別、最高級別所占比例，均指按體型方面指標(biāo)劃分的級別；產(chǎn)值指通過體型、花紋、體色等綜合判別所產(chǎn)生的產(chǎn)值；成本指養(yǎng)殖過程中成本總數(shù)。

Notes: The level and the proportion of the highest level in the table refer to the level of classification of body type indicators;the output value refers to the output value produced by comprehensive judgment of body type,pattern and body color;the cost refers to the total cost in the breeding process.

2.4 魚菜共生養(yǎng)殖模式推廣經(jīng)濟(jì)效益測算分析

魚菜共生養(yǎng)殖模式在京津冀地區(qū)推廣2 a來，累計規(guī)模133.4萬m2，養(yǎng)殖方式、養(yǎng)殖周期均同試驗，從表5可以看出，魚菜共生養(yǎng)殖模式單位規(guī)模新增純收益為113.48元/m2。此外，推廣期間已投入的推廣費用為26.68萬元，計劃在未來3 a內(nèi)推廣333.5萬m2，已推廣期間科研費用總計163.32萬元，已推廣期間應(yīng)分?jǐn)偟目蒲匈M用為18.69萬元，已獲經(jīng)濟(jì)效益為1 056.14萬元。

新增純收益縮值系數(shù)為0.7，根據(jù)表6，按照10%的年利率進(jìn)行貼現(xiàn)計算，得到該模式未來還可能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為1 859.64萬元。按照經(jīng)濟(jì)效益計算年限5 a計算，該模式可實現(xiàn)年經(jīng)濟(jì)效益583.22萬元。按照推廣單位經(jīng)濟(jì)效益分計系數(shù)為0.4計算，應(yīng)用該模式科研投資年均純收益率為4.17元。

表5 魚菜共生養(yǎng)殖模式單位規(guī)模新增純收益Tab.5 New net income per unit size under the aquaponics mode

表6 魚菜共生養(yǎng)殖模式未來可能產(chǎn)生的新增純收益Tab.6 New net income that may be generated in the future by the aquaponics mode

3 結(jié)論與討論

魚菜共生系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是魚菜共生技術(shù)，開展循環(huán)無廢排放生產(chǎn)是最終的養(yǎng)殖目的。該模式是目前都市農(nóng)業(yè)尤其是陽臺景觀農(nóng)業(yè)最有推廣價值的養(yǎng)殖模式，同時也是應(yīng)對目前各類環(huán)境資源匱乏的重要模式[5,19]。在魚菜共生系統(tǒng)中，需要關(guān)注的是魚菜的和諧度、魚菜共生方式及菜的覆蓋度等方面的問題，只有系統(tǒng)平衡，才能產(chǎn)生共生效應(yīng)[13]。

在本試驗中，錦鯉成活率在整個養(yǎng)殖周期中均為100%，高于鄧炳云等[20]研究羅非魚-魚腥草立體生態(tài)養(yǎng)殖模式羅非魚的成活率(97%～100%)，可能由于本試驗中錦鯉養(yǎng)殖密度低，種群內(nèi)密度脅迫不大，故成活率較高。試驗結(jié)束時，魚菜共生養(yǎng)殖模式各試驗組錦鯉的體質(zhì)量和增重率都顯著高于對照組，說明試驗系統(tǒng)的水質(zhì)適合錦鯉的正常生長，且整體優(yōu)于傳統(tǒng)養(yǎng)殖的對照組，證明養(yǎng)殖池中5%～40%的生物浮床覆蓋面積可以保證錦鯉的正常生活。但對比所有生長數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)殖池中10%的生物浮床覆蓋面積試驗組錦鯉的體質(zhì)量、增重率和特定生長率顯著高于對照組和其他試驗組，可見，從生長指標(biāo)來看，生物浮床覆蓋面積為養(yǎng)殖池面積的10%為宜。在養(yǎng)殖試驗結(jié)束時，40%的生物浮床覆蓋面積的試驗組錦鯉各項生長指標(biāo)均低于其他試驗組，推測此結(jié)果可能與養(yǎng)殖用水中的溶解氧有關(guān)系，隨著空心菜覆蓋率提高，養(yǎng)殖用水溶解氧降低，從而影響了魚的生長，但具體原因還有待進(jìn)一步研究。

本試驗創(chuàng)新性地將魚菜共生養(yǎng)殖模式應(yīng)用于觀賞魚產(chǎn)業(yè)，發(fā)現(xiàn)空心菜生物浮床不僅提高了錦鯉的生長性能，而且對魚體的腸消化酶活力有很好的調(diào)節(jié)作用，錦鯉的生長指標(biāo)和空心菜的高產(chǎn)結(jié)果佐證此點。魚類的消化酶研究一直是消化生理學(xué)的研究內(nèi)容。研究表明，消化酶活力的提高，可促進(jìn)魚類對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，從而促進(jìn)機體發(fā)育和生長。在淡水養(yǎng)殖中，溫度、酸堿度和重金屬含量對消化酶活力具有重要影響[21]。就本試驗整體而言，各試驗組腸蛋白酶、腸脂肪酶和腸淀粉酶活力較高，推測可能是空心菜根系分必物對水體溫度、酸堿度和生物群落結(jié)構(gòu)具有調(diào)節(jié)作用，向著更有利于錦鯉生長的方向發(fā)展。但值得關(guān)注的是，本試驗7月15日第1次取樣的時候，各試驗組腸蛋白酶活力顯著高于對照組(P<0.05)，9月15日第2次取樣時，各試驗組腸蛋白酶活力與對照組相比無顯著差異(P>0.05)，11月1日試驗結(jié)束取樣時，各試驗組腸蛋白酶活力與對照組相比又具有顯著差異(P<0.05)，就整體而言，腸蛋白酶活力先升高后降低，推測可能由于不同試驗組的空心菜浮床覆蓋率不同，使水體溫度和酸堿度不同造成的。通過以上錦鯉腸消化酶指標(biāo)的分析發(fā)現(xiàn)，錦鯉養(yǎng)殖池種植空心菜在一定程度上可提高錦鯉的消化酶活力，促進(jìn)魚體新陳代謝，從而促進(jìn)生長。一方面，由于空心菜浮床降低了養(yǎng)殖用水的有害物質(zhì)的濃度，使錦鯉生活環(huán)境得到改善，從而促進(jìn)魚體生長，另一方面，空心菜生長過程中也會為錦鯉提供營養(yǎng)物質(zhì)，使其生長過程中營養(yǎng)更加均衡[22-23]，但具體作用機制有待進(jìn)一步研究。

本試驗完成后，進(jìn)行了為期2 a的示范推廣，根據(jù)技術(shù)研發(fā)單位和技術(shù)使用單位提供的技術(shù)資料和數(shù)據(jù)，按照中國農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院經(jīng)濟(jì)研究所編制的農(nóng)業(yè)科研成果經(jīng)濟(jì)效益計算方法對本試驗成果進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益測算，該方法已經(jīng)由農(nóng)業(yè)農(nóng)村局推廣到各地使用。推廣結(jié)果表明，1 m3水體養(yǎng)殖250 g左右的錦鯉5尾，配合養(yǎng)殖池10%空心菜覆蓋面積，從經(jīng)濟(jì)效益各項指標(biāo)來看，該模式在經(jīng)濟(jì)效益計算5 a期內(nèi)，已獲經(jīng)濟(jì)效益為1 056.14萬元，可能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為1 859.64萬元，可實現(xiàn)年經(jīng)濟(jì)效益583.22萬元，應(yīng)用該模式平均1元研制費用，在模式應(yīng)用于養(yǎng)殖生產(chǎn)后平均每年將為社會新增加純收益4.17元，按照年均純收益率的臨界值為0，此值在10以內(nèi)，說明技術(shù)數(shù)據(jù)科學(xué)合理。

本試驗以空心菜生物浮床為主的魚菜共生養(yǎng)殖模式在一定程度上可顯著提高錦鯉的生長性能、品質(zhì)，并通過空心菜產(chǎn)生副產(chǎn)品效益，為建立基于魚菜共生模型的觀賞魚生態(tài)、持續(xù)的養(yǎng)殖模式奠定了理論基礎(chǔ)，下一步將繼續(xù)優(yōu)化該養(yǎng)殖模式，以取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。