陽臺型魚菜共生裝置的設(shè)計(jì)研究

陳喜雪，李雯琳

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅蘭州 730070）

當(dāng)前，許多水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)生產(chǎn)的廢水含有大量化合物，如：懸浮固體、總氮、總磷[1]，引起藻類和其他水生植物的快速繁殖，造成水體水質(zhì)惡化，溶解氧大大降低，魚類及其他生物死亡，最終導(dǎo)致水體生態(tài)系統(tǒng)的破壞[2]，但對農(nóng)作物而言，養(yǎng)殖廢水則是提升其品質(zhì)與產(chǎn)量的營養(yǎng)劑。所以考慮資源可持續(xù)與農(nóng)業(yè)多樣發(fā)展的相互作用關(guān)系時，魚菜共生技術(shù)可作為二者間的連接點(diǎn)：利用廢棄養(yǎng)殖水作二次資源澆灌栽種物，累積養(yǎng)分、水分，供給植株?duì)I養(yǎng)生長，從而提高農(nóng)業(yè)供給，實(shí)現(xiàn)環(huán)保、資源、經(jīng)濟(jì)三位一體。

經(jīng)調(diào)查，一些城市居民食用的蔬菜有20%～30%靠家庭陽臺自給[3]，一定數(shù)量的用戶基礎(chǔ)是以家庭為單位建立可持續(xù)的水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)，以減少對自然環(huán)境、社會環(huán)境有負(fù)面影響的物質(zhì)積累[4-5]。魚菜共生技術(shù)的應(yīng)用范圍寬泛，且其自身的觀賞價值可輔助技術(shù)在都市商用、家庭使用。城市家庭作為魚菜共生技術(shù)的落腳點(diǎn)，對技術(shù)載體觀賞要求較高，參考城市商用案例，如：莫約新餐館與非洲集貿(mào)市場（Moyo's New Restaurant and African Food Market），芝加哥海軍碼頭（Chicago Navy Pier）[6]。以上案例證實(shí)技術(shù)載體設(shè)計(jì)對都市人產(chǎn)生極強(qiáng)的吸引力才是推動技術(shù)引入家庭的關(guān)鍵。

試驗(yàn)以家庭化使用魚菜共生裝置適用性為目的，使裝置可成功推廣設(shè)計(jì)理念如下：①制作材質(zhì)耐老化。材質(zhì)具有極強(qiáng)的耐紫外光、耐候性，于陽臺放置不易老化，且質(zhì)量好不易破損，可保障裝置的使用期限。②裝置制作成本較低、實(shí)用性強(qiáng)。確保裝置的植物種植及魚苗養(yǎng)殖功能，并使其兼具養(yǎng)魚水循環(huán)肥菜的功能。③裝置設(shè)計(jì)美觀。裝置外觀設(shè)計(jì)簡潔大氣，利用外觀線條的流暢感搭配植株外形、魚苗形態(tài)，為植株、魚苗觀賞錦上添花。

1 試驗(yàn)內(nèi)容與方法

1.1 試驗(yàn)材料

亞克力板材、銼刀、氯仿、錦鯉、軟木塞、綠蘿、AutoCAD 軟件等。

1.2 試驗(yàn)方法

首先，以美觀、管理方便為目的，參考市場設(shè)計(jì)案例、用戶反饋繪制裝置概念圖，對比所有圖紙篩選最適宜安置在陽臺進(jìn)行蔬果種植、魚類養(yǎng)殖的設(shè)計(jì)，完成制圖、取材、制作、測試、加工等流程。其次，檢驗(yàn)成品使用性能：定時用流動養(yǎng)殖水澆灌種植物，測試裝置使用是否有弊端，并記錄養(yǎng)殖魚苗及種植植株的生長情況。

2 裝置制作說明

2.1 制作材料的選擇與性能分析

選擇質(zhì)感趨向水晶、光潔透亮的新型材料亞克力板為裝置制作材料。該制作材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：①裝置具備觀賞效果，又可全面展現(xiàn)裝置內(nèi)的生態(tài)小環(huán)境。②板材間互溶并重新凝固的特殊性質(zhì)，可延伸解決裝置填堵、防漏的問題。為保證裝置穩(wěn)定，又輕巧、便移動、宜家庭使用，選取0.3cm 厚度的板材為裝置制作材料。

2.2 裝置的設(shè)計(jì)

存在許多因素對魚菜共生技術(shù)產(chǎn)生干擾，如隨著殘餌、排泄廢物等有機(jī)質(zhì)在底部不斷積累，細(xì)菌和浮游細(xì)菌生物量都有所上升，且底泥細(xì)菌明顯比同期浮游細(xì)菌的量高[7]，會相對性增加蔬菜種植的操作難度，且對非技術(shù)型單位而言，普通家庭難以達(dá)到水培技術(shù)對生產(chǎn)環(huán)境的苛刻要求，相較營養(yǎng)液膜栽培模式（NFT，Nutrient Film Technique）、深水栽培模式（Deep Water Culture Technique）低緩沖、強(qiáng)技術(shù)特性，基質(zhì)栽培模式（Media Bed Technique）具備的穩(wěn)定性更適宜家庭應(yīng)用。故而景觀、簡便的“懶人模式”設(shè)計(jì)是陽臺型魚菜共生裝置的設(shè)計(jì)核心。

試驗(yàn)裝置由栽培槽、承重柱、養(yǎng)殖槽（帶有流通口）3 部分嵌套組成，流通口開環(huán)共生設(shè)計(jì)，無種植水返流的設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)裝置的效益重點(diǎn)為種植物的產(chǎn)出而非水產(chǎn)養(yǎng)殖，即裝置養(yǎng)殖槽體積同栽培槽體積之比約為1︰4。整體構(gòu)造如圖1 所示。

圖1 整體構(gòu)造圖

2.2.1 栽培槽的設(shè)計(jì)制作與使用性分析。裝置栽培槽由4 塊梯形板與1 塊正方板組成，組成栽培槽前后側(cè)的2塊梯形板上底長30cm、下底長16cm、厚0.3cm，左右側(cè)梯形板上底長28.7cm、下底長15.7cm、厚0.3cm，底板為16cm 長、厚0.3cm 的正方板，呈棱臺型（上底長寬均為30cm，下底長寬均為16cm，高20cm），規(guī)格適中，種植空間約為6405cm3，種植面積約431cm2，適宜家庭使用，適用于小型蔬菜及觀賞花卉栽培，以綠蘿扦插為例，裝置可扦插40～60 株綠蘿。

栽培槽前、左、右三側(cè)自頂部開有上底12cm、下底20cm、高5cm 的倒梯形開口，既可保證栽培土層厚度為15cm，空間大小可滿足一般葉菜及觀賞植物根系生長所需，又可使植株莖基部枝葉探出栽培槽，形成一定的觀賞趣味。栽培槽后側(cè)無倒梯形開口，自栽培槽后側(cè)方底部起有一擋板，擋板同承重柱后側(cè)齊平，使得承重柱僅在其前側(cè)、左側(cè)、右三側(cè)被土壤包圍，因其后側(cè)可清晰呈現(xiàn)裝置整體，故栽培槽后側(cè)主打觀賞效果。

為保證裝置的牢固性，需測量計(jì)算板材間的貼合度，處理板材以確保板材與板材間的接觸面擴(kuò)展到最大，即將栽培槽的穩(wěn)固性、防漏性及使用期限提升到最大。栽培槽構(gòu)造如圖2 所示。

圖2 種植槽構(gòu)造圖

2.2.2 養(yǎng)殖槽的設(shè)計(jì)制作與使用性分析。養(yǎng)殖槽由4 塊梯形板與1 塊正方板組成，栽培槽的左右側(cè)為2 塊上底長11.3cm、下底長7.3cm、高16cm、厚0.3cm 的梯形板，后側(cè)為1 塊上底長12cm、下底長8cm、高16cm、厚0.3cm 的梯形板，前側(cè)為1 塊上底長12cm、下底長8cm、高16cm、厚0.3cm 的梯形板。養(yǎng)殖槽規(guī)格較小，容納養(yǎng)殖水約1621cm3，適宜于養(yǎng)殖小體積魚苗，以錦鯉魚苗為例，可于養(yǎng)殖槽中飼養(yǎng)3～4 尾。

養(yǎng)殖槽前側(cè)梯形板有1 個直徑為2cm 的圓洞作為流通口，流通口可安置水龍頭或軟木塞（一般水龍頭及軟木塞的直徑多為2cm），流通口為開環(huán)共生的實(shí)現(xiàn)點(diǎn)，因此養(yǎng)殖槽兼具養(yǎng)殖功能、共生功能。

為保證養(yǎng)殖槽的穩(wěn)固性、防漏性等，計(jì)算處理養(yǎng)殖槽板材，理由同上。養(yǎng)殖槽構(gòu)造如圖3 所示。

2.2.3 承重柱的設(shè)計(jì)制作與使用性分析。承重柱由4 塊長方板組成，前后側(cè)板材長8cm、高11cm、厚0.3cm，左右側(cè)板材長7.3cm、高11cm、厚0.3cm，為節(jié)約材料，以養(yǎng)殖槽底部作為其頂部，不再消耗材料制作承重柱頂部。承重柱的功能為托舉養(yǎng)殖槽，為保證其穩(wěn)定性，需在其中填滿砂石，以產(chǎn)生內(nèi)部壓力平衡外部養(yǎng)殖槽（主）、土壤產(chǎn)生的外部壓力，并依靠砂石的色彩達(dá)到一定的觀賞效果。承重柱構(gòu)造如圖4 所示。

氯仿粘連制作成品后，進(jìn)行漏水測試，對漏水的部位填堵板材刨花材料。

圖3 養(yǎng)殖槽構(gòu)造圖

圖4 承重柱構(gòu)造圖

3 裝置使用前的預(yù)操作

氯仿的低毒性會影響動物生活，甚至造成死亡。需在正式使用前，栽種綠色植物1 周，以對裝置產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行吸收，主要經(jīng)需氧代謝途徑由微粒體酶中的細(xì)胞色素P450 催化，生成光氣，最終生成CO2，由肺呼出[8]。利用植株細(xì)胞色素催化分解氯仿?lián)]發(fā)氣體。然后栽種綠蘿、養(yǎng)殖錦鯉2～4 周，測試裝置安全性，結(jié)果表明預(yù)試驗(yàn)期間，魚苗及植株生長正常，未受到裝置毒害，且通過查閱資料發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)小規(guī)格產(chǎn)品使用氯仿作粘連劑后，需要1 天的時間以散發(fā)其毒性。故陽臺型魚菜共生裝置安全無害，可于家庭正常使用。

4 結(jié)果分析

4.1 裝置實(shí)用性分析

選取2 尾錦鯉進(jìn)行試養(yǎng)殖，選取60 株長為7cm左右的綠蘿莖段進(jìn)行扦插，按照每3 天喂食每尾錦鯉3～4 粒魚食，1 周換水1 次的養(yǎng)殖方法，養(yǎng)殖錦鯉2 個月，綠蘿、錦鯉在裝置內(nèi)生長情況良好，據(jù)此判定裝置養(yǎng)殖槽適宜錦鯉生長。

錦鯉養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的大量排泄物，以及未被錦鯉吞食的魚食，均在水中被溶出大量營養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致養(yǎng)魚水中氨氮化合物、磷酸鹽、亞硝酸鹽含量日漸增加，總硬度日漸上升。

4.2 裝置觀賞性分析

保證裝置的觀賞性同樣具有重要意義，是家庭愿意購買使用裝置的重要因素。查閱資料發(fā)現(xiàn)，陳華等[9]設(shè)計(jì)的景觀式魚菜共生系統(tǒng)同為觀賞性設(shè)計(jì)，但景觀式魚菜共生系統(tǒng)與陽臺型魚菜共生裝置的觀賞性用途有所不同。

景觀式魚菜共生系統(tǒng)與陽臺型魚菜共生裝置的栽種面積之比約為2.1︰1，而養(yǎng)殖體積之比約為22.5︰1，但景觀式魚菜共生系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜：三重過濾、光伏發(fā)電、水質(zhì)監(jiān)測等關(guān)鍵性配置復(fù)雜，小型系統(tǒng)配以復(fù)雜配置則提高設(shè)計(jì)制作的難度與使用操作性，而陽臺型魚菜共生裝置設(shè)計(jì)更為簡單，強(qiáng)調(diào)裝置的實(shí)用性，所以，景觀式魚菜共生系統(tǒng)因其技術(shù)加成而更傾向于商業(yè)使用，而陽臺型魚菜共生裝置因其簡約實(shí)用性而突出其家庭使用價值。

5 討論

魚菜共生技術(shù)應(yīng)用在工廠等生產(chǎn)單位可以產(chǎn)生最大的效益，但是向家庭引進(jìn)科技為生活服務(wù)的便利同樣不可忽視，魚菜共生技術(shù)通過設(shè)計(jì)加成吸引都市家庭產(chǎn)生無廢都市的理念值得所有的科研人員及設(shè)計(jì)者深入探索。

就市場調(diào)查而言，魚菜共生裝置的設(shè)計(jì)類型因產(chǎn)品主要效果而多變，例如EcoQube C 產(chǎn)品，這類小規(guī)格產(chǎn)品難以滿足蔬果生產(chǎn)，僅可提供較少量綠植生長所需環(huán)境，產(chǎn)品使用體驗(yàn)主為“水族箱”觀感，而陽臺型魚菜共生裝置的設(shè)計(jì)點(diǎn)為以大規(guī)格植株槽栽種蔬果，魚菜共生裝置的設(shè)計(jì)理念多樣化，有很大的發(fā)展空間待設(shè)計(jì)者開發(fā)。

魚菜共生裝置的升級空間極大，根據(jù)魚類與植物兩者之間的營養(yǎng)所需的元素要求、兩者所處相同環(huán)境的特點(diǎn)，通過科學(xué)的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與計(jì)算[10]，投入資金、技術(shù)根據(jù)需求發(fā)展裝置升級，使其更科學(xué)、實(shí)用。

6 結(jié)語

陽臺型魚菜共生裝置使用體驗(yàn)新穎且實(shí)用。裝置設(shè)計(jì)完成預(yù)定目標(biāo)：裝置外觀美觀大方，適宜作為盆景于家庭使用；裝置操作性強(qiáng)，完成家庭廢棄物資源的二次利用，以其肥土肥菜；裝置價格實(shí)惠，適宜于一般家庭的購買力，且加上裝置本身的回報性，使其更加經(jīng)濟(jì)。綜上所述，陽臺型魚菜共生裝置是現(xiàn)代家居的新型多功能綠化容器，為設(shè)施農(nóng)業(yè)的生活化應(yīng)用提供了可能。