陽臺型魚菜共生裝置的設計研究

陳喜雪 李雯琳

摘要：以養(yǎng)魚水澆灌蔬萊、景觀植物為方向，在為家庭帶來綠意、美化環(huán)境的同時，實現能源的循環(huán)利用及環(huán)境的保護改善，并適當減少蔬萊購買開銷、生產有機蔬菜嘗鮮、補貼家庭蔬菜支出，以打造一個綠色、環(huán)保、經濟、節(jié)能、美觀的陽臺型魚菜共生裝置。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，利用流通口將溶解有魚食及魚類中營養(yǎng)元素的養(yǎng)殖水流至栽培槽，實現廢棄物的再利用及促進植株生長更加健壯。

關鍵詞：裝置;系統(tǒng);魚菜共生

當前，許多水產養(yǎng)殖系統(tǒng)生產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，造成水體水質惡化，溶解氧大大降低，魚類及其他生物死亡，最終導致水體生態(tài)系統(tǒng)的破壞[2]，但對農作物而言，養(yǎng)殖廢水則是提升其品質與產量的營養(yǎng)劑。所以考慮資源可持續(xù)與農業(yè)多樣發(fā)展的相互作用關系時，魚菜共生技術可作為二者間的連接點：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，供給植株營養(yǎng)生長，從而提高農業(yè)供給，實現環(huán)保、資源、經濟三位一體。

經調查，一些城市居民食用的蔬菜有20%～30%靠家庭陽臺自給[3]，一定數量的用戶基礎是以家庭為單位建立可持續(xù)的水產養(yǎng)殖系統(tǒng)，以減少對自然環(huán)境、社會環(huán)境有負面影響的物質積累[4-5]。魚菜共生技術的應用范圍寬泛，且其自身的觀賞價值可輔助技術在都市商用、家庭使用。城市家庭作為魚菜共生技術的落腳點，對技術載體觀賞要求較高，參考城市商用案例，如：莫約新餐館與非洲集貿市場（Moyo's New Restaurant andAfrican Food Market），芝加哥海軍碼頭（Chicago NavyPier）[6]。以上案例證實技術載體設計對都市人產生極強的吸引力才是推動技術引入家庭的關鍵。

試驗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計理念如下：①制作材質耐老化。材質具有極強的耐紫外光、耐候性，于陽臺放置不易老化，且質量好不易破損，可保障裝置的使用期限。②裝置制作成本較低、實用性強。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裝置設計美觀。裝置外觀設計簡潔大氣，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 試驗內容與方法

1.1 試驗材料

亞克力板材、銼刀、氯仿、錦鯉、軟木塞、綠蘿、Au-toCAD軟件等。

1.2 試驗方法

首先，以美觀、管理方便為目的，參考市場設計案例、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行蔬果種植、魚類養(yǎng)殖的設計，完成制圖、取材、制作、測試、加工等流程。其次，檢驗成品使用性能：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：①裝置具備觀賞效果，又可全面展現裝置內的生態(tài)小環(huán)境。②板材間互溶并重新凝固的特殊性質，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 裝置的設計

存在許多因素對魚菜共生技術產生干擾，如隨著殘餌、排泄廢物等有機質在底部不斷積累，細菌和浮游細菌生物量都有所上升，且底泥細菌明顯比同期浮游細菌的量高[7]，會相對性增加蔬菜種植的操作難度，且對非技術型單位而言，普通家庭難以達到水培技術對生產環(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 WaterCulture Technique）低緩沖、強技術特性，基質栽培模式（Media Bed Technique）具備的穩(wěn)定性更適宜家庭應用。故而景觀、簡便的“懶人模式”設計是陽臺型魚菜共生裝置的設計核心。

試驗裝置由栽培槽、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)共生設計，無種植水返流的設計，強調裝置的效益重點為種植物的產出而非水產養(yǎng)殖，即裝置養(yǎng)殖槽體積同栽培槽體積之比約為1：4。整體構造如圖1所示。

2.2.1 栽培槽的設計制作與使用性分析。裝置栽培槽由4塊梯形板與1塊正方板組成，組成栽培槽前后側的2塊梯形板上底長30cm、下底長16cm、厚0.3cm，左右側梯形板上底長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。栽培槽后側無倒梯形開口，自栽培槽后側方底部起有一擋板，擋板同承重柱后側齊平，使得承重柱僅在其前側、左側、右三側被土壤包圍，因其后側可清晰呈現裝置整體，故栽培槽后側主打觀賞效果。

為保證裝置的牢固性，需測量計算板材間的貼合度，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。栽培槽構造如圖2所示。

2.2.2 養(yǎng)殖槽的設計制作與使用性分析。養(yǎng)殖槽由4塊梯形板與1塊正方板組成，栽培槽的左右側為2塊上底長11.3cm、下底長7.3cm、高16cm、厚0.3cm的梯形板，后側為1塊上底長12cm、下底長8cm、高16cm、厚0.3cm的梯形板，前側為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)共生的實現點，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，計算處理養(yǎng)殖槽板材，理由同上。養(yǎng)殖槽構造如圖3所示。

2.2.3 承重柱的設計制作與使用性分析。承重柱由4塊長方板組成，前后側板材長8cm、高11cm、厚0.3cm，左右側板材長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，以產生內部壓力平衡外部養(yǎng)殖槽（主）、土壤產生的外部壓力，并依靠砂石的色彩達到一定的觀賞效果。承重柱構造如圖4所示。

氯仿粘連制作成品后，進行漏水測試，對漏水的部位填堵板材刨花材料。

3 裝置使用前的預操作

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，以對裝置產生的化學物質進行吸收，主要經需氧代謝途徑由微粒體酶中的細胞色素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，結果表明預試驗期間，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，大多數小規(guī)格產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 結果分析

4.1 裝置實用性分析

選取2尾錦鯉進行試養(yǎng)殖，選取60株長為7cm左右的綠蘿莖段進行扦插，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、錦鯉在裝置內生長情況良好，據此判定裝置養(yǎng)殖槽適宜錦鯉生長。

錦鯉養(yǎng)殖過程中產生的大量排泄物，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，導致養(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，陳華等[9]設計的景觀式魚菜共生系統(tǒng)同為觀賞性設計，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)設計復雜：三重過濾、光伏發(fā)電、水質監(jiān)測等關鍵性配置復雜，小型系統(tǒng)配以復雜配置則提高設計制作的難度與使用操作性，而陽臺型魚菜共生裝置設計更為簡單，強調裝置的實用性，所以，景觀式魚菜共生系統(tǒng)因其技術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用性而突出其家庭使用價值。

5 討論

魚菜共生技術應用在工廠等生產單位可以產生最大的效益，但是向家庭引進科技為生活服務的便利同樣不可忽視，魚菜共生技術通過設計加成吸引都市家庭產生無廢都市的理念值得所有的科研人員及設計者深入探索。

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

魚菜共生裝置的升級空間極大，根據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，通過科學的精準設計與計算[10]，投入資金、技術根據需求發(fā)展裝置升級，使其更科學、實用。

6 結語

陽臺型魚菜共生裝置使用體驗新穎且實用。裝置設計完成預定目標：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，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，使其更加經濟。綜上所述，陽臺型魚菜共生裝置是現代家居的新型多功能綠化容器，為設施農業(yè)的生活化應用提供了可能。（收稿：2019-07-20）

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[10]宋紅橋，管崇武.魚菜共生綜合生產系統(tǒng)的研究進展[J].安徽農學報，2018，24（20）：63-65.

基金項目：甘肅農業(yè)大學盛形笙創(chuàng)新基金（GSAU-STS-2018-32），甘肅農業(yè)大學SRTP項目及編號20181208"a

第一作者簡介：陳喜雪（1996-），女，甘肅定西人，本科。

通信作者：李雯琳（1983-），女，陜西清洞人，碩士，講師，從事設施環(huán)境與栽培生理研究工作。