魚菜共生立體高效生產(chǎn)系統(tǒng)研究進(jìn)展

劉星 劉艷 虎治軍 穆曉國(guó) 周娟 高登國(guó) 薛小龍 葉林

摘要 魚菜共生系統(tǒng)是多學(xué)科交叉融合的一種循環(huán)水種養(yǎng)模式，是基于自然生態(tài)循環(huán)理念為基礎(chǔ)，將水產(chǎn)養(yǎng)殖和水耕栽培有機(jī)結(jié)合的復(fù)合型生產(chǎn)系統(tǒng)，該技術(shù)不僅是一種高效生產(chǎn)技術(shù)，而且也是綠色的生態(tài)型農(nóng)業(yè)技術(shù)。魚菜共生整個(gè)系統(tǒng)呈現(xiàn)立體狀態(tài)，在同一空間、不同層次，高效產(chǎn)出2種產(chǎn)物，更符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)集約高效的需求，隨著該技術(shù)的日趨成熟，逐步向植物工廠、家庭園藝、城市景觀及休閑農(nóng)業(yè)中擴(kuò)展和應(yīng)用。針對(duì)魚菜共生系統(tǒng)的概念、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、魚菜共生立體生產(chǎn)系統(tǒng)類型、特點(diǎn)及應(yīng)用前景等方面進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述，同時(shí)，針對(duì)魚菜共生系統(tǒng)目前存在的問題，提出解決對(duì)策，為魚菜共生技術(shù)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展提供科學(xué)參考。

關(guān)鍵詞 魚菜共生系統(tǒng);研究現(xiàn)狀;類型;特點(diǎn);應(yīng)用前景

中圖分類號(hào) S 964.9 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2021）15-0014-04

Abstract Aquaponics system is a kind of recirculating water cultivation model with interdisciplinary integration.It is a compound production system that organically combines aquaculture and hydrotillage and cultivation based on the concept of natural ecological circulation.This technology is not only an efficient production technology，but also a green ecological agriculture technology.The whole aquaponics system presents a threedimensional state，producing two products efficiently in the same space at different levels，which is more in line with the intensive and efficient requirements of modern agriculture.With the gradual maturity of this technology，it is gradually extended and applied to plant factories，home gardening，urban landscape and leisure agriculture.This paper gave a brief overview of the concept，research status at home and abroad，types，characteristics and application prospects of the aquaponics system.At the same time，it proposed solutions to the existing problems of the aquaponics system，so as to provide scientific reference for the development of modern agriculture of aquaponics system technology.

Key words Aquaponics system;Research status;Types;Characteristics;Application prospects

基金項(xiàng)目 寧夏回族自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2018BBF02009，2019BBF02005，2018BBF03001）;寧夏自然科學(xué)基金項(xiàng)目（NZ17012）。

作者簡(jiǎn)介 劉星（1996—），女，陜西漢中人，碩士研究生，研究方向：設(shè)施園藝與蔬菜逆境生理生態(tài)。*通信作者，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，從事設(shè)施園藝與蔬菜逆境生理生態(tài)研究。

收稿日期 2020-12-31

全球人口迅速增長(zhǎng)，不僅使糧食安全面臨巨大壓力，同樣也使動(dòng)物蛋白質(zhì)的需求量逐步增加，而作為主要?jiǎng)游锏鞍字坏乃a(chǎn)品，其需求量也大增[1]。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷提高，人們對(duì)飲食的要求趨向健康化、營(yíng)養(yǎng)化，消費(fèi)方式也從數(shù)量導(dǎo)向型轉(zhuǎn)向質(zhì)量導(dǎo)向型，水產(chǎn)品因其具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和特殊的健康功能，被越來越多的消費(fèi)者所選擇，促使水產(chǎn)品在我國(guó)膳食結(jié)構(gòu)比例中的位置逐漸提高[2-3]。受供求關(guān)系的影響，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展，生產(chǎn)者一味地追求產(chǎn)量從而忽略了生態(tài)問題，大量的養(yǎng)殖廢水未經(jīng)有效處理，直接排放到環(huán)境中，嚴(yán)重污染了生態(tài)環(huán)境[4]。將魚類養(yǎng)殖和蔬菜栽培相結(jié)合的魚菜共生立體模式，不僅具有高效的特點(diǎn)，還具有綠色健康和可持續(xù)的特點(diǎn)，近年來，隨著魚菜共生系統(tǒng)的發(fā)展，研究方向也從實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)向魚菜共生系統(tǒng)設(shè)備在家庭園藝和城市景觀中的應(yīng)用轉(zhuǎn)變。筆者針對(duì)魚菜共生系統(tǒng)的概念、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、魚菜共生系統(tǒng)類型、特點(diǎn)、應(yīng)用前景等進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述，同時(shí)，針對(duì)魚菜共生系統(tǒng)目前存在的問題，提出解決對(duì)策，為我國(guó)魚菜共生技術(shù)及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展提供科學(xué)參考。

1 魚菜共生系統(tǒng)的概念

魚菜共生系統(tǒng)是多學(xué)科融合的一種循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖新模式，是基于自然生態(tài)循環(huán)理念為基礎(chǔ)，將水產(chǎn)養(yǎng)殖和無土栽培互利結(jié)合的復(fù)合型生產(chǎn)系統(tǒng)，同時(shí)也是具有綠色健康、可持續(xù)性等特征的生態(tài)型農(nóng)業(yè)技術(shù)[5-7]。魚菜共生系統(tǒng)主要原理是魚類消化魚飼料產(chǎn)出排泄物以及殘留飼料，在養(yǎng)殖水體中產(chǎn)生氨氮，通過需氧微生物將氨氮先轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，此時(shí)的亞硝酸鹽對(duì)魚類具有毒性，亞硝酸鹽再通過好氧微生物，最終轉(zhuǎn)化成植物可以吸收利用的硝酸鹽，此時(shí)的硝酸鹽對(duì)魚類毒害最弱，水體中的硝酸鹽被植物通過固氮作用同化吸收后，再作為養(yǎng)殖水體循環(huán)流入魚池使用，形成魚菜共生的氮循環(huán)，由此產(chǎn)生了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)再循環(huán)的魚菜共生系統(tǒng)[8-9]。魚菜共生系統(tǒng)與作為2個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)不同，將水產(chǎn)養(yǎng)殖和無土栽培相結(jié)合，水下水上不同層次整個(gè)系統(tǒng)呈現(xiàn)立體狀態(tài)，在有限的空間里，這種組合實(shí)質(zhì)上最大限度地減少了對(duì)養(yǎng)分的輸入以及廢物的輸出，相對(duì)于單一的種養(yǎng)殖而言，同樣的養(yǎng)分輸入，同樣的空間，通過整個(gè)系統(tǒng)立體的生產(chǎn)模式，卻可同時(shí)高效生產(chǎn)出2種經(jīng)濟(jì)產(chǎn)物。

2 魚菜共生系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

魚菜共生系統(tǒng)雖然在近幾年變得很流行，但是傳統(tǒng)的魚菜共生早在1 500多年前在農(nóng)耕社會(huì)生產(chǎn)中就已經(jīng)存在，例如在中國(guó)南方以及東南亞等地區(qū)的稻田養(yǎng)魚、?；~塘等養(yǎng)殖模式，都是在依托當(dāng)?shù)丨h(huán)境資源自然條件下形成的生態(tài)循環(huán)養(yǎng)殖模式[10-14]。魚菜共生系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)70年代，其相關(guān)研究非常廣泛，過去30年來，大量科研人員對(duì)魚菜共生的結(jié)合種類以及試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行了反復(fù)研究[5]。20世紀(jì)70年代，現(xiàn)代魚菜共生最早出現(xiàn)在美國(guó)，科研人員將養(yǎng)殖羅非魚的養(yǎng)殖廢水，用來灌溉沙地番茄床，這是第一個(gè)魚菜共生系統(tǒng)[15-17]。20世紀(jì)80年代中期，北卡羅萊納州立大學(xué)的Mark McMurtry博士開發(fā)了魚菜共生系統(tǒng)（the North Carolina State University System，簡(jiǎn)稱NCSU系統(tǒng)）[18]。90年代末，國(guó)際學(xué)術(shù)界提出了“Aquaponics”一詞，即現(xiàn)代魚菜共生技術(shù)，并沿用至今。目前現(xiàn)代魚菜共生項(xiàng)目已遍布全球40多個(gè)國(guó)家或地區(qū)[19]。

丁永良等[20]通過對(duì)魚菜共生系統(tǒng)的水質(zhì)和環(huán)境等相關(guān)研究，明確了鯽魚和萵苣可以構(gòu)建魚菜共生系統(tǒng)。張明華等[9]探索了不同階段系統(tǒng)中氨氮、酸堿度、溶解氧、溫度等因子對(duì)魚菜共生系統(tǒng)的影響。蔡淑芳等[21-22]研究了魚菜共生系統(tǒng)中不同植物密度對(duì)氮素轉(zhuǎn)化、水質(zhì)和魚菜生長(zhǎng)的影響。鄒藝娜等[23]研究了魚菜共生系統(tǒng)中氮素遷移轉(zhuǎn)化和優(yōu)化，結(jié)果表明，魚菜共生系統(tǒng)中的氨氮在微生物的作用下轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽和硝酸鹽，被植物吸收利用，提高了氮的利用效率。饒偉等[8]對(duì)魚菜共生系統(tǒng)水體溶解氧時(shí)空變化規(guī)律及其影響因素進(jìn)行了研究，研究結(jié)果為魚菜共生系統(tǒng)溶解氧研究提供了一定的理論依據(jù)。丁小濤等[24]研究表明生態(tài)水培技術(shù)是結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖和水培種植蔬菜特點(diǎn)的一種資源節(jié)約、環(huán)境友好、可循環(huán)的生產(chǎn)模式，符合低碳農(nóng)業(yè)和可持續(xù)發(fā)展的規(guī)律。宋紅橋等[25]在水培植物凈化對(duì)循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)研究中表明，水培植物是循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)凈水技術(shù)的選擇方向之一。王興等[26]研究魚腥草生態(tài)浮床，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，可以適當(dāng)?shù)卦黾油段沽炕蛲段勾螖?shù)，以獲得高產(chǎn)。劉爽等[27]則具體詳細(xì)地概括了現(xiàn)代魚菜共生技術(shù)研究進(jìn)展與展望，為我國(guó)魚菜共生技術(shù)發(fā)展提供了科學(xué)參考。徐琰斐等[28]則詳細(xì)地概括了魚菜共生系統(tǒng)的發(fā)展歷史，將發(fā)展歷史分為理念起源、萌芽、拓展和快速發(fā)展4個(gè)階段，并提出了多條具有發(fā)展意義的建議。邱楚雯等[29]則從魚菜共生系統(tǒng)中植物根系微生物及氮轉(zhuǎn)化影響因素等方面進(jìn)行了研究，重點(diǎn)研究了魚菜共生系統(tǒng)中根系微生物群落的結(jié)構(gòu)和作用、氮轉(zhuǎn)化的影響因素和微生物群落研究技術(shù)手段的研究進(jìn)展等，并提出了多個(gè)有關(guān)魚菜共生系統(tǒng)中植物根系微生物的研究方向。

最近10年，魚菜共生領(lǐng)域的研究一直處于發(fā)展的趨勢(shì)，國(guó)外大量科研人員對(duì)其進(jìn)行了研究[30]。 Palm等[31]研究了關(guān)于魚菜共生的歷史和分類;Junge等[30，32]研究了共生系統(tǒng)的種類和技術(shù)特性;Lennard等[33-34]研究了魚菜共生系統(tǒng)中魚類的養(yǎng)殖密度，植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中，至少80%（通常更多）來源于魚類排泄物，然而魚類排泄物的多少取決于魚類的養(yǎng)殖密度。Villarroel等[35]提出在歐洲的魚菜共生設(shè)施中種植多種蔬菜作物，主要作物為葉菜類植物。Liang等[36]研究表明隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)和攝食頻率的增加，魚和植物的產(chǎn)量都有所增加。Wilson等[37-38]在研究魚菜比例中提出，在魚菜共生系統(tǒng)中，植物與魚類的比例對(duì)改善養(yǎng)殖水質(zhì)以及魚菜共生系統(tǒng)內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化利用起著關(guān)鍵作用;魚菜比例不合適，將會(huì)對(duì)魚菜共生系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用造成一定的影響，若比例較高，則會(huì)因?yàn)樗w營(yíng)養(yǎng)過多，導(dǎo)致系統(tǒng)循環(huán)中養(yǎng)分浪費(fèi)，甚至?xí)a(chǎn)生水體富營(yíng)養(yǎng)化;若比例較低，則會(huì)因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足，導(dǎo)致蔬菜和魚類減產(chǎn)，造成經(jīng)濟(jì)效益損失。Bittsnszky等[39-40]研究了魚菜共生營(yíng)養(yǎng)動(dòng)力學(xué)和養(yǎng)分需求量;Forchino等[41-42]從魚菜共生系統(tǒng)的可持續(xù)性評(píng)估方面進(jìn)行了研究;Goddek等[43-44]研究了魚菜共生系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn);Joly等[45-46]研究了魚菜共生政策需求等方面。Tilley等[47]在研究魚菜共生系統(tǒng)中提出，魚菜共生同時(shí)具有較高的科技含量和較強(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。

3 魚菜共生立體生產(chǎn)系統(tǒng)的類型

整個(gè)立體生產(chǎn)系統(tǒng)，根據(jù)水上部分蔬菜水培方式的不同，主要類型包括以下幾種：

（1）深水栽培式魚菜共生系統(tǒng)（deep water culture technique aquaponics）。又稱直接漂浮法，蔬菜被固定在如泡沫板定、植板等浮體上，直接放置在養(yǎng)殖水域面上進(jìn)行水培的一種方法，而水下養(yǎng)魚。這種方法水量恒定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資較少、便于操作、易于清潔，但需水量大，需額外添加單獨(dú)的生物濾池以及采取一些保護(hù)蔬菜根系的額外措施[6]。這種模式常栽培葉菜類植物，適用于南方溫帶地區(qū)，與池塘養(yǎng)魚相結(jié)合，一般在室外，光照充足，栽培面積較大，但是易遭受自然災(zāi)害，病蟲害較多，產(chǎn)量較低。該模式也可在北方溫室內(nèi)進(jìn)行，室內(nèi)的魚菜共生系統(tǒng)環(huán)境可控，蔬菜病蟲害較少，但投資較南方相比較大。

（2）基質(zhì)栽培式魚菜共生系統(tǒng)（media bed technique aquaponics）。也叫分離滴灌栽培法。將養(yǎng)殖魚類產(chǎn)生的養(yǎng)殖廢水直接連接到蔬菜栽培容器中，經(jīng)過由基質(zhì)固定蔬菜的栽培區(qū)吸收過濾后，又循環(huán)回到養(yǎng)殖區(qū)，形成一個(gè)循環(huán)的水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)，基質(zhì)種類繁多，如陶粒、蛭石、礫石、火山石、麥飯石等都可作為魚菜共生系統(tǒng)的基質(zhì)。這種方法擁有大量的微生物群落，生物過濾和固體基質(zhì)雙重過濾，同時(shí)生長(zhǎng)床中還具有礦化作用。不足之處需要大量重型基礎(chǔ)設(shè)施組件、投資較大、管道易于堵塞、維護(hù)清潔困難等，是目前小型魚菜共生系統(tǒng)比較流行的一種栽培方法[43]。這種模式常用于室內(nèi)，無需考慮環(huán)境因子，南北方皆可采用，常栽培果菜類等株形或根系較大的植物。

（3）營(yíng)養(yǎng)液膜栽培式魚菜共生系統(tǒng)（nutrient film technique aquaponics）。這是一種溶液栽培法，該模式一般采用立體式栽培，最大限度地節(jié)省了空間。這種模式通常采用PVC管作為種植載體，根據(jù)蔬菜大小不同，在PVC管道上設(shè)置了大小不同的小孔，將蔬菜定植在PVC管道的小孔里，植物通過根系吸收過濾流入PVC管道中營(yíng)養(yǎng)豐富的養(yǎng)殖廢水，供蔬菜生長(zhǎng)。這種模式主要用于葉類蔬菜，該系統(tǒng)需要較小的水量、水流恒定、使用方便、維護(hù)簡(jiǎn)單，一般采用植物工廠管理，其出產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)物一年四季均可正常上市，經(jīng)濟(jì)效益穩(wěn)定，適合大型的魚菜共生系統(tǒng)[48]。

（4）氣霧栽培（aeroponics）。這是近幾年逐漸興起的一種栽培模式，直接將養(yǎng)殖產(chǎn)生的廢水經(jīng)過人工霧化后，噴灑到植物的根系，制作成“A”字型或柱狀“蔬菜墻”，既可以做到營(yíng)養(yǎng)物的二次利用，以達(dá)到營(yíng)養(yǎng)充分吸收的目的，又可以最大程度地做到節(jié)省水資源。這種模式也主要用于葉類蔬菜，基于魚菜共生的眾多優(yōu)點(diǎn)，魚菜共生結(jié)合氣霧栽培將成為未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向[46]。

魚菜共生系統(tǒng)類型靈活多樣，可繁可簡(jiǎn)，可大可小，生產(chǎn)者可以因地制宜，選擇適合的魚菜共生系統(tǒng)模式。其栽培植物和養(yǎng)殖魚類也多種多樣，可根據(jù)不同的需求選擇合適的蔬菜品種和魚類品種，使其產(chǎn)生最大的經(jīng)濟(jì)或生態(tài)效益。

4 魚菜共生立體高效生產(chǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)

水產(chǎn)養(yǎng)殖廢棄物的處理是具有挑戰(zhàn)性的，懸浮污染物可通過沉淀或過濾等物理分離方法進(jìn)行去除，可是大量溶解在水中的污染物卻難以凈化。魚菜共生是為數(shù)不多的能夠有效去除養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生氨氮的技術(shù)之一，巧妙地通過植物來去除養(yǎng)殖廢水中的污染物。在整個(gè)養(yǎng)殖過程中，通過科學(xué)指導(dǎo)、良好管理、有效控制，可以做到養(yǎng)魚不換水、種菜不施肥、防病不噴藥，同時(shí)雙豐收。但是魚菜共生系統(tǒng)也有一定的弊端，在生產(chǎn)過程中需要注意和解決。

魚菜共生系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)：①占地面積小，通常在有限的空間里，通過合理的設(shè)計(jì)，做到最大的空間利用;②用水量少，水體循環(huán)使用，提高水體利用率，節(jié)約水資源;③排放養(yǎng)殖廢水廢物較少，對(duì)環(huán)境污染小;④經(jīng)濟(jì)效益高，在同一時(shí)間和空間，可同時(shí)產(chǎn)出2種商品，并且生產(chǎn)過程受外界環(huán)境影響較小，生長(zhǎng)周期短，可實(shí)現(xiàn)周年生產(chǎn)，持續(xù)供應(yīng)市場(chǎng)，產(chǎn)生長(zhǎng)期的經(jīng)濟(jì)效益;⑤對(duì)土地資源要求低，無土壤病害，不存在連作障礙，減少土壤污染;⑥生產(chǎn)過程中省去了中耕、除草、追肥等工作，減少了勞動(dòng)量，可省去大量勞動(dòng)力的支出;⑦生態(tài)效益好，觀賞價(jià)值高，整個(gè)系統(tǒng)還可做觀光旅游和科普教育;⑧魚飼料的利用率較高，生產(chǎn)過程不噴施任何化肥和農(nóng)藥，生產(chǎn)的商品綠色健康、口感好、品質(zhì)高[49]。

魚菜共生系統(tǒng)的弊端：①整個(gè)系統(tǒng)生產(chǎn)過程中不添加任何肥料，系統(tǒng)中的植物可能出現(xiàn)缺素癥;②生產(chǎn)過程不能使用化學(xué)防治，采用生物防治或物理防治成本較高，植物病蟲害控制有一定難度;③較單一的漁業(yè)養(yǎng)殖和無土栽培相比，設(shè)備較多，一次性投資較大;④系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行過程中使用水電，一旦發(fā)生漏電現(xiàn)象，對(duì)魚對(duì)人都會(huì)造成嚴(yán)重傷害;⑤整個(gè)系統(tǒng)管理需更加仔細(xì)認(rèn)真，一旦任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，魚和菜都將產(chǎn)生巨大損失。

5 應(yīng)用前景及展望

近年來，發(fā)達(dá)國(guó)家的環(huán)境政策指令越來越嚴(yán)格，其政府采取了一些相應(yīng)的措施來改善水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)環(huán)境污染的情況，這給水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)帶來了嚴(yán)重的影響，但是對(duì)循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)（RAS）的發(fā)展是積極的，大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家都將該系統(tǒng)作為進(jìn)一步發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖可能解決問題的方案和機(jī)會(huì)之一[46，48-51]。西方發(fā)達(dá)國(guó)家，近年來都在向生態(tài)型的魚菜共生系統(tǒng)的模式發(fā)展和轉(zhuǎn)變，在系統(tǒng)模式和蔬菜配置上也越來越多樣化[52]。

在我國(guó)，魚菜共生系統(tǒng)最早出現(xiàn)在漁業(yè)養(yǎng)殖方面，以直接漂浮法為主，將蔬菜直接放置在養(yǎng)殖水域面上進(jìn)行水培，后期建立魚菜共生溫室以及家庭園藝版魚菜共生等模式，但大多屬于初級(jí)階段。隨著人們對(duì)綠色無公害農(nóng)產(chǎn)品的日趨重視，推動(dòng)了魚菜共生系統(tǒng)都市農(nóng)業(yè)的發(fā)展，提高了魚菜共生系統(tǒng)的技術(shù)和水平。研究表明，該技術(shù)在以后可能朝著2個(gè)方向發(fā)展：一方面朝著低技術(shù)解決方案發(fā)展，主要是在發(fā)展中國(guó)家和愛好者中，例如陽臺(tái)魚菜共生、桌面擺件、創(chuàng)意家庭園藝、微景觀等;另一方面是發(fā)展高效的高科技設(shè)施，例如大型植物工廠魚菜共生系統(tǒng)，主要在發(fā)達(dá)國(guó)家，并與專業(yè)或者商業(yè)合作伙伴合作[30]。

Ngo等[34]研究表明，在水資源有限的地區(qū)，將魚菜共生系統(tǒng)應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)是可行的，所得結(jié)果代表了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)節(jié)約用水的環(huán)境觀點(diǎn)，也對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和獲得最低經(jīng)濟(jì)支持的農(nóng)民做出了重要貢獻(xiàn)。魚菜共生系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)殖廢水的凈化，還使污水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)再次循環(huán)利用，因此被認(rèn)為是一種可持續(xù)性的綠色生產(chǎn)模式[8]。魚菜共生在任何階段都不使用殺蟲劑或抗生素，魚體分泌的廢液具有抑制菜蟲害發(fā)生的作用，而植物根系分泌出的有機(jī)酸，能有效地抑制魚病的發(fā)生，因此，也被視為有機(jī)農(nóng)業(yè)的一部分[53]。聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織在2014年提出詳細(xì)的魚菜共生系統(tǒng)比傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和漁業(yè)更適合當(dāng)前農(nóng)業(yè)的發(fā)展，是今后農(nóng)業(yè)發(fā)展的必由之路[47]。

魚菜共生系統(tǒng)具有多學(xué)科融合、綠色健康、可持續(xù)發(fā)展、零排放等特征。最近幾年，科研人員對(duì)魚菜共生的研究日益增長(zhǎng)，包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、水培組件、養(yǎng)殖魚類、栽培蔬菜、微生物、經(jīng)濟(jì)可行性等方面。雖然魚菜共生系統(tǒng)受到廣泛關(guān)注，發(fā)展已經(jīng)較為成熟，并且作為可持續(xù)糧食生產(chǎn)系統(tǒng)來說，變得越來越重要。但是，該系統(tǒng)還有許多其他挑戰(zhàn)需要解決[30]，在魚菜共生系統(tǒng)中，關(guān)于魚菜共生系統(tǒng)生產(chǎn)總體可行性的許多關(guān)鍵問題仍未得到解答，今后可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：①魚菜共生系統(tǒng)在戶外和熱帶地區(qū)操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本相應(yīng)較低，但是在室內(nèi)和干旱地區(qū)則需要增加大量支出來穩(wěn)定共生系統(tǒng)正常運(yùn)行，可以考慮結(jié)合新能源作為系統(tǒng)運(yùn)行動(dòng)力來減少開支，并且在魚菜共生機(jī)電設(shè)備的基礎(chǔ)上，可開發(fā)利用相關(guān)的智能管控裝備和裝置，增強(qiáng)系統(tǒng)的“高端化、綠色化、智能化、融合化”，從而增強(qiáng)魚菜共生系統(tǒng)的可調(diào)控性和穩(wěn)定性。②大量的研究表明，系統(tǒng)內(nèi)氨氮轉(zhuǎn)換存在一個(gè)波動(dòng)的過程，魚飼料是該系統(tǒng)唯一的營(yíng)養(yǎng)來源，同時(shí)也是污染水質(zhì)的來源，改變魚飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的配比，從而改善水質(zhì)是一個(gè)需要解決的挑戰(zhàn)，除此以外，還可以采取混養(yǎng)以及輪作的方式，來保證共生系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的穩(wěn)定性、水環(huán)境的健康性以及商品產(chǎn)出的可持續(xù)性。③魚菜共生系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)投入和回報(bào)一直備受爭(zhēng)議，可以嘗試將該系統(tǒng)發(fā)展名貴花卉和優(yōu)特觀賞魚類方面，通過提高共生系統(tǒng)的觀賞價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，從而提高經(jīng)濟(jì)回報(bào)。并且根據(jù)當(dāng)?shù)氐氖袌?chǎng)條件，魚菜共生系統(tǒng)需要制定明確的水產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)以及一套完整高效的供應(yīng)鏈，將新鮮的產(chǎn)品送到消費(fèi)者的餐桌，以幫助建立一個(gè)更為成熟的魚菜共生系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織.2018世界漁業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖現(xiàn)狀-續(xù)發(fā)展目標(biāo)[R].2018.

[2] 許偉，胡冰川.中國(guó)水產(chǎn)品價(jià)格波動(dòng)研究：基于消費(fèi)棘輪與漁業(yè)轉(zhuǎn)型的背景因素分析[J].價(jià)格理論與實(shí)踐，2019（2）：72-75.

[3] 張瑛，趙露.中美水產(chǎn)品消費(fèi)需求對(duì)比研究及其啟示[J].中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2018（5）：77-84.

[4] 韓建華.水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水污染危害及其處理技術(shù)探析[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2018，38（12）：103，156.

[5] RAKOC J E，HARGREAVES J A.Integration of vegetable hydroponics with fish culture： A review[M] //WANG J K.Techniques for modern aquaculture.St.Joseph，Michigan，USA：American Society of Agricultural Engineers，1993： 112-136.

[6] 宋紅橋，管崇武.魚菜共生綜合生產(chǎn)系統(tǒng)的研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2018，24（20）：63-65.

[7] YEP B，ZHENG Y B.Aquaponic trends and challengesA review[J].J Clean Prod，2019，228：1586-1599.

[8] 饒偉，楊衛(wèi)中，位耀光，等.魚菜共生水體溶解氧時(shí)空變化規(guī)律及其影響因素研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2017，48（S1）：374-380.

[9] 張明華，丁永良，楊菁，等.魚菜共生技術(shù)及系統(tǒng)工程研究[J].現(xiàn)代漁業(yè)信息，2004，19（4）：7-12.

[10] GODDEK S，DELAIDE B，MANKASINGH U，et al.Challenges of sustainable and commercial aquaponics[J].Sustainability，2015，7（4）：4199-4224.

[11] 管鮮.魚菜共生系統(tǒng)的成本效益研究[D].上海：上海海洋大學(xué)，2018.

[12] 張和順.工廠化蔬菜氣霧栽培技術(shù)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)信息，2017（6）：90-91.

[13] 泮進(jìn)明.基于魚草共生生態(tài)原理的循環(huán)流水水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)植物濾器研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2004.

[14] 周晴.清末民國(guó)時(shí)期珠江三角洲的?；~塘與生態(tài)經(jīng)濟(jì)環(huán)境[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2013，12（3）：142-150.

[15] ?MCMURTRY M R，SANDERS D C，PATTERSON R P，et al.Yield of tomato irrigated with recirculating aquacultural water[J].J Prod Agric，1993，6（3）：428-432.

[16] MCMURTRY M R，SANDERS D C，CURE J D，et al.Efficiency of water use of an integrated fish/vegetable coculture system[J].J World Aquac Soc，1997，28（4）：420-428.

[17] GOODMAN E R.AQUAPONICS：Community and economic development[D].Arizona： Arizona State University，2011.

[18] 蔡淑芳，劉現(xiàn)，王濤，等.魚菜共生系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可行性研究進(jìn)展[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（5）：5-8.

[19] LOVE D C，F(xiàn)RY J P，GENELLO L，et al.An international survey of aquaponics practitioners[J].PLoS One，2014，9（7）：1-10.

[20] 丁永良，張明華，張建華，等.魚菜共生系統(tǒng)的研究[J].中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)，1997，4（5）：70-75.

[21] 蔡淑芳，陳永快，陳敏，等.魚菜共生系統(tǒng)中植物密度對(duì)水質(zhì)及魚菜生長(zhǎng)的影響[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2018，45（5）：19-25.

[22] 蔡淑芳，陳敏，陳永快，等.種植密度對(duì)魚菜共生系統(tǒng)氮素轉(zhuǎn)化的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35（4）：132-137.

[23] 鄒藝娜，胡振，張建，等.魚菜共生系統(tǒng)氮素遷移轉(zhuǎn)化的研究與優(yōu)化[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2015，9（9）：4211-4216.

[24] 丁小濤，張兆輝，姜玉萍，等.魚菜共生技術(shù)在城市家庭中的應(yīng)用前景[J].上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2015，31（6）：150-153.

[25] 宋紅橋，管崇武，李月，等.水培植物對(duì)循環(huán)水養(yǎng)魚系統(tǒng)的水質(zhì)凈化研究[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2013，40（4）：18-22.

[26] 王興，李文笙，孫彩云.魚菜共生養(yǎng)殖模式對(duì)吉富羅非魚生長(zhǎng)和消化酶活性的影響[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，44（1）：135-142.

[27] 劉爽，安詩琦，嚴(yán)子微，等.現(xiàn)代魚菜共生技術(shù)研究進(jìn)展與展望[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2020，22（3）：160-166.

[28] 徐琰斐，張宇雷，顧川川，等.魚菜共生發(fā)展歷史、典型模式與發(fā)展趨勢(shì)[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2020，47（5）：1-7.

[29] 邱楚雯，王韓信，施永海.魚菜共生系統(tǒng)中植物根系微生物及氮轉(zhuǎn)化影響因素研究進(jìn)展[J].復(fù)旦學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，60（1）：124-132.

[30] JUNGE R，KNIG B，VILLARROEL M，et al.Strategic points in aquaponics[J].Water，2017，9（3）：1-9.

[31] PALM H W，KNAUS U，APPELBAUM S，et al.Towards commercial aquaponics：A review of systems，designs，scales and nomenclature[J].Aquac Int，2018，26（3）：813-842.

[32] RAKOCY J E，MASSER M P，LOSORDO T M.Recirculating aquaculture tank production systems：Aquaponicsintegrating fish and plant culture[J].SRAC publication，2006，454：1-16.

[33] LENNARD W A.A nutrient dynamic process and the relationship to fish feeds[J].World Aquac，2015，9：20-23.

[34] NGO THUY DIEM T，KONNERUP D，BRIX H.Effects of recirculation rates on water quality and ?Oreochromis niloticus ?growth in aquaponic systems[J].Aquac Eng，2017，78：95-104.

[35] ?VILLARROEL M，JUNGE R，KOMIVES T，et al.Survey of aquaponics in Europe[J].Water，2016，8：1-7.

[36] LIANG J Y，CHIEN Y H.Effects of feeding frequency and photoperiod on water quality and crop production in a tilapiawater spinach raft aquaponics system[J].Int Biodeterior Biodegrad，2013，85： 693-700.

[37] ?WILSON L.Aquaponic system design parameters：Fish to plant ratios （feeding rate ratios） fact sheets [R].Victoria，Australia，2012.

[38] ?PAUDEL S R.Nitrogen transformation in engineered aquaponics with water celery （ Oenanthe javanica） ?and koi carp （ Cyprinus carpio）： Effects of plant to fish biomass ratio[J/OL].Aquaculture，2020，520[2020-09-25].https：//doi.org/10.1016/j.aquaculture，2020.734971.

[39] BITTSNSZKY A，UZINGER N，GYULAI G，et al.Nutrient supply of plants in aquaponic systems[J].Ecocycles，2016，2（2）：17-20.

[40] MAUCIERI C，NICOLETTO C，JUNGE R，et al.Hydroponic systems and water management in aquaponics：A review[J].Ital J Agron，2018，13：1-11.

[41] FORCHINO A A，LOURGUIOUI H，BRIGOLIN D，et al.Aquaponics and sustainability：The comparison of two different aquaponic techniques using the Life Cycle Assessment（LCA）[J].Aquac Eng，2017，77：80-88.

[42] KNIG B，JUNGE R，BITTSANSZKY A，et al.On the sustainability of aquaponics[J].Ecocycles，2016，2（1）：26-32.

[43] GODDEK S，DELAIDE B，MANKASINGH U，et al.Challenges of sustainable and commercial aquaponics[J].Sustainability，2015，7（4）：4199-4224.

[44] ?YAVUZCAN YILDIZ H，ROBAINA L，PIRHONEN J，et al.Fish welfare in aquaponic systems：Its relation to water quality with an emphasis on feed and faecesA review[J].Water，2017，9（1）：1-17.

[45] ?JOLY A，JUNGE R，BARDOCZ T.Aquaponics business in Europe：Some legal obstacles and solutions[J].Ecocycles，2015，1（2）：3-5.

[46] ?HOEVENAARS K，JUNGE R，BARDOCZ T，et al.EU policies： New opportunities for aquaponics[J].Ecocy cles，2018，4（1）：10-15.

[47] TILLEY D R，BADRINARAYANAN H，ROSATI R，et al.Constructed wetlands as recirculation filters in largescale shrimp aquaculture[J].Aquac Eng，2002，26（2）：81-109.

[48] HLAVCˇ D，MSLKO J，ANTONPARDO M，et al.Compound feeds and cereals as potential tools for improved carp ?Cyprinus carpio ?production[J].Aquacult Environ Interact，2016，8：647-657.

[49] BADIOLA M，MENDIOLA D，BOSTOCK J.Recirculating Aquaculture Systems （RAS） analysis：Main issues on management and future challenges[J].Aquac Eng，2012，51：26-35.

[50] MCHUNU N，LAGERWALL G，SENZANJE A.Aquaponics in South Africa：Results of a national survey[J].Aquac Rep，2018，12：12-19.

[51] MARTINS C I M，EDING E H，VERDEGEM M C J，et al.New developments in recirculating aquaculture systems in Europe：A perspective on environmental sustainability[J].Aquac Eng，2010，43（3）：83-93.

[52] 丁永良，蘭澤橋，張明華.工業(yè)化封閉式循環(huán)水養(yǎng)魚污水資源化——生態(tài)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的典范“魚菜共生系統(tǒng)” [J].中國(guó)漁業(yè)經(jīng)濟(jì)，2010，28（1）：124-130.

[53] RAKOCY J E.The status of aquaponics：Part 2[J].Aquaculture magazine，1999，25：64-70.