智能化魚菜共生系統(tǒng)及其在都市農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用綜述

李小龍 位耀光 吳英昊 趙謙 張嵐 賈楠 麻志宏 常曉蓮 李志強(qiáng) 楊雅靜 滕飛

摘要 魚菜共生系統(tǒng)是把水產(chǎn)養(yǎng)殖和蔬菜栽培兩種不同的技術(shù)結(jié)合在一起，通過合理、巧妙地設(shè)計(jì)達(dá)到動物、植物、微生物的和諧共生，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生態(tài)共生效應(yīng)系統(tǒng)。魚菜共生系統(tǒng)具有節(jié)約資源、低碳環(huán)保、輸入少產(chǎn)出高的優(yōu)勢，是達(dá)到漁業(yè)生產(chǎn)、蔬菜生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)生態(tài)效益平衡的一種有效手段。智能化魚菜共生系統(tǒng)包括魚類養(yǎng)殖、蔬菜栽培、綜合環(huán)境測控3個部分，其中綜合環(huán)境測控部分是實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵。對當(dāng)前魚菜共生系統(tǒng)中魚類、蔬菜、環(huán)境測控的技術(shù)進(jìn)行了梳理和總結(jié)，并對今后魚菜共生生產(chǎn)模式進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 水產(chǎn)養(yǎng)殖;蔬菜栽培;設(shè)施農(nóng)業(yè);智能化;魚菜共生系統(tǒng)

中圖分類號 S 126 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）14-0008-05

Abstract Aquaponics system combines the two different techniques of aquaculture and vegetable cultivation，and achieves the harmonious symbiosis of animals，plants and microorganisms through reasonable and ingenious design，so as to realize the ecological symbiosis effect system of normal growth without water change and water quality concern，and growing vegetables without fertilization.Aquaponics system has the advantages of resource saving，low carbon and environmental protection，low input and high output.It is an effective means to achieve the balance of economic and ecological benefits of fishery production and vegetable production.Intelligent aquaponics system includes three parts：fish culture，vegetable cultivation，and integrated environmental management and control，among which integrated environmental management and control is the key to realize intelligence.In this paper，the techniques of monitoring and controlling fish，vegetables and environment in the current system of aquaponics were reviewed and summarized，and the production model of aquaponics in the future was prospected.

Key words Aquaculture;Vegetable cultivation;Facility agriculture;Intelligent;Aquaponics system

基金項(xiàng)目 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng)“設(shè)施水產(chǎn)養(yǎng)殖智能模型與精準(zhǔn)管控關(guān)鍵技術(shù)研究”（2017YFD0701702）。

作者簡介 李小龍（1980—），男，甘肅漳縣人，高級工程師，從事農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)推廣工作。*通信作者，碩士研究生，研究方向：數(shù)據(jù)科學(xué)與智能系統(tǒng)。

收稿日期 2020-09-18

魚菜共生系統(tǒng)是一種新型的耕作體系，其設(shè)計(jì)合理、科學(xué)、綠色環(huán)保、節(jié)約時間和空間資源，達(dá)到生態(tài)共生的效果[1]。魚菜共生系統(tǒng)具有良好的生態(tài)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)價值，可以實(shí)現(xiàn)趨于零排放的可循環(huán)型生產(chǎn)，植物可以凈化養(yǎng)殖尾水，魚類排放的氨氮被轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，是植物的主要營養(yǎng)來源[2]。

在傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖中，隨著魚類餌料殘?jiān)团判刮锏牟粩嗬鄯e，水體中的氨氮含量不斷增加[3-4]，如果不能及時清理，輕則污染水質(zhì)影響魚蝦的健康生長，重則導(dǎo)致魚蝦的大量死亡[5]。而在魚菜共生系統(tǒng)中，水產(chǎn)養(yǎng)殖的水通過水泵被輸送到水培種植槽，魚糞經(jīng)過分離過濾并通過硝化細(xì)菌對氨氮類物質(zhì)分解成亞硝酸鹽后，成為營養(yǎng)物質(zhì)可以被植物直接吸收利用[6]。魚菜共生讓魚類、植物、微生物三者之間達(dá)到一種互利共生的生態(tài)平衡關(guān)系[7]，是一種綠色可持續(xù)的低碳生產(chǎn)模式，也是一種有效解決農(nóng)業(yè)生態(tài)危機(jī)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的理想方法。

1 智能化魚菜共生系統(tǒng)概述

魚菜共生能很好地利用養(yǎng)殖尾水，保護(hù)生態(tài)環(huán)境并取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。魚菜共生結(jié)構(gòu)見圖1。

智能化魚菜共生系統(tǒng)包括魚類養(yǎng)殖、蔬菜栽培、綜合環(huán)境測控3部分。在實(shí)際的應(yīng)用中，魚和菜的配比、魚和菜的種類都很重要，都會影響到魚菜共生系統(tǒng)的生態(tài)平衡[8]。魚的選擇一般為本土魚類或者比較耐缺氧，在惡劣環(huán)境下生存能力較強(qiáng)的魚，如鯰魚、羅非魚、鯽魚、鯉魚等;蔬菜會選擇果菜或者葉菜類，如番茄、生菜、空心菜等[9]。綜合環(huán)境測控部分是智能化魚菜共生系統(tǒng)的關(guān)鍵，主要由智能水質(zhì)測控裝置和智能溫室測控裝置組成，水質(zhì)智能測控系統(tǒng)包括水質(zhì)傳感器和控制器。水質(zhì)傳感器采集水質(zhì)數(shù)據(jù)，包括溫度、pH、溶解氧等參數(shù)，實(shí)時檢測水質(zhì)狀況，確保水質(zhì)符合魚的安全生長需求[10]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)水的全程監(jiān)控，包括水流量、水質(zhì)等，一旦水位或水質(zhì)超過閾值，系統(tǒng)就會自動執(zhí)行相關(guān)設(shè)備，將水環(huán)境調(diào)整至相應(yīng)最佳狀態(tài)，始終保持水質(zhì)環(huán)境恒定不變，保障了魚菜共生系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行。溫室作物生產(chǎn)對于生長環(huán)境的要求越來越精細(xì)，對環(huán)境的控制也有了較高的要求，溫室引入自動測控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)智能化管理，提高生產(chǎn)效率，尤其是大面積的種養(yǎng)，灌溉、生物補(bǔ)光、營養(yǎng)液的補(bǔ)給、通風(fēng)等無需人工操作，自動調(diào)整溫室內(nèi)環(huán)境，達(dá)到適宜植物生長的要求。

1.1 魚類養(yǎng)殖 魚菜共生系統(tǒng)中，養(yǎng)魚的方式有很多種，從傳統(tǒng)的承包魚塘或者是推土建塘，將魚養(yǎng)在魚塘里，到后來在江河湖泊中放養(yǎng)殖網(wǎng)箱養(yǎng)魚[11]，到現(xiàn)在的溫室[12]、循環(huán)水養(yǎng)殖模式[13]，還有家庭式的陽臺微型魚菜共生系統(tǒng)[14]，用魚缸來養(yǎng)魚。其中池塘養(yǎng)殖模式結(jié)構(gòu)簡單，建設(shè)成本低，是我國最流行的養(yǎng)殖模式之一，只需要在魚塘上安裝增氧機(jī)和投餌機(jī)即可[15]。循環(huán)水養(yǎng)殖模式可以用物理和生物的方法凈化養(yǎng)殖尾水并循環(huán)使用，對水溫、水質(zhì)以及水流量進(jìn)行控制，把水中有害物質(zhì)、懸浮物、可溶性物質(zhì)和氣體從水體中排出或轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，并補(bǔ)充溶氧，實(shí)現(xiàn)對水質(zhì)環(huán)境高效凈化處理，使養(yǎng)殖對象一直處于最佳的環(huán)境中。循環(huán)水養(yǎng)殖流程見圖2。

循環(huán)水魚菜共生系統(tǒng)是用一系列水處理單元將養(yǎng)殖池中產(chǎn)生的廢水經(jīng)過物理過濾、生物過濾、去除CO2、消毒、增氧、調(diào)溫等[16]處理后再次循環(huán)回用，提高水資源的利用率，為養(yǎng)殖生物提供穩(wěn)定可靠、舒適優(yōu)質(zhì)的生長環(huán)境。物理過濾利用水流的高度差來過濾水中糞便、殘餌等一些不可溶于的些物質(zhì)，可以有效地保持循環(huán)水的清潔[17-18]。生物過濾是使用生化濾材來培養(yǎng)硝化細(xì)菌，使硝化細(xì)菌數(shù)量增多，硝化系統(tǒng)更加完善，在循環(huán)水中魚的糞便以及一些不溶物的話，就會降解，也會使水變得更清澈。循環(huán)水的殺菌消毒最常用的就是紫外線和臭氧，利用紫外線的穿透力和臭氧的強(qiáng)氧化性將細(xì)菌殺死，由于紫外線的穿透力不夠，不能將細(xì)菌全部殺死，而臭氧使用過多對魚類有毒性，所以在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)中不必把細(xì)菌全部殺死，只需要控制在一定的范圍內(nèi)即可。

魚菜共生系統(tǒng)利用循環(huán)水養(yǎng)魚，一般選擇室內(nèi)養(yǎng)殖池或者大型PVC（聚氯乙烯）桶[19]，并把他們用管道連接，用水泵讓水循環(huán)起來，在養(yǎng)殖過程中需要定期水質(zhì)檢測[20]，如pH、溶解氧、氨氮等相關(guān)水質(zhì)參數(shù)[21]，確保水的質(zhì)量。需要增氧機(jī)提供氧氣，投餌機(jī)定時喂魚。在溫室的魚菜共生系統(tǒng)中也有人用到了大型魚缸養(yǎng)殖[22]，魚缸養(yǎng)殖的魚菜共生系統(tǒng)是家庭中最常用的一種，在選材方面要耐老化，耐紫外線，不易破損，成本低，實(shí)用性強(qiáng)且具有觀賞性[23]，還需要配備小型增氧機(jī)，投餌機(jī)以及一套循環(huán)水系統(tǒng)。

此外，在養(yǎng)魚的過程中不僅需要定期檢測水質(zhì)情況，還要對環(huán)境進(jìn)行檢測和控制，如溫度、濕度等[24]，溫度會影響魚類的生長。魚類的疫情監(jiān)測也是非常重要的，魚類在生長的過程中難免會因?yàn)榄h(huán)境或其他因素引發(fā)各種疾病，如果不能及時發(fā)現(xiàn)并采取措施，會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。所以在養(yǎng)殖過程中還需要引進(jìn)一些更智能的監(jiān)測設(shè)備，保障魚類的健康生長，為養(yǎng)殖戶提供便利，同時提高生產(chǎn)效率，增加收入。

養(yǎng)殖尾水通過水泵輸送到植物栽培區(qū)域，魚糞和殘餌干果分離過濾和硝化細(xì)菌的分解，可作營養(yǎng)物質(zhì)被植物吸收，是一種循環(huán)型、可持續(xù)的低碳模式，也是解決生態(tài)危機(jī)的有效方法。

1.2 蔬菜栽培裝備 水培法在魚菜共生系統(tǒng)中是用得最多的一種方法，水培可以是任何營養(yǎng)液或惰性生長介質(zhì)，采用水培法以后，植物可以通過根部直接吸收營養(yǎng)液中的養(yǎng)分與水分，人們可以根據(jù)不同的植物調(diào)配營養(yǎng)均衡的溶液，實(shí)現(xiàn)植物均衡營養(yǎng)，不易生蟲，這顯然要比土壤更有優(yōu)勢。這些營養(yǎng)液是裝在容器中的，可以循環(huán)使用，不會流入土壤而對環(huán)境造成污染，安全可靠可持續(xù)。

魚菜共生系統(tǒng)中，蔬菜的栽培一般分為直接漂浮在養(yǎng)殖水體上和與養(yǎng)殖水體分離，直接漂浮法是我國當(dāng)前生產(chǎn)應(yīng)用最廣泛和最流行的魚菜共生模式，具有漂浮性的材料一般都可以用來制作浮床，在實(shí)驗(yàn)室常用的材料有硬泡沫[11]、PVC[25]管，在直接漂浮法中還需要保護(hù)植物根須，防止魚類破壞，通常情況下用網(wǎng)片[26]來保護(hù)，網(wǎng)片分為上襯網(wǎng)和下襯網(wǎng)，上襯網(wǎng)用于固定蔬菜，下襯網(wǎng)用于防止魚咬蔬菜根系。在實(shí)際應(yīng)用中大多是養(yǎng)殖區(qū)域和栽培區(qū)域分離，可以分層栽培蔬菜，有效提高空間利用率。栽培結(jié)構(gòu)見圖3。

養(yǎng)殖水體與種植系統(tǒng)分離也是魚菜共生模式，養(yǎng)殖尾水水泵循環(huán)入栽培區(qū)域，植物根系吸收營養(yǎng)液，充當(dāng)水培系統(tǒng)過濾器[27]，然后再次返回養(yǎng)殖池，形成閉路循環(huán)。在栽培過程中可根據(jù)蔬菜的品種配置不同的營養(yǎng)液，加入循環(huán)水的主管道，然后流入栽培槽。傳感器組可以實(shí)時對空氣環(huán)境進(jìn)行檢測，當(dāng)環(huán)境的參數(shù)超出閾值時，控制器會向執(zhí)行單元中的設(shè)備發(fā)送指令將參數(shù)調(diào)節(jié)到最佳。這種模式的魚菜共生系統(tǒng)可以用于大規(guī)模生產(chǎn)，系統(tǒng)穩(wěn)定，效率高。用分層的栽培槽栽培[21]，種植區(qū)域和養(yǎng)殖區(qū)域通過水泵相連通，養(yǎng)殖水由調(diào)節(jié)池中水泵抽提流入種植區(qū)域最上層栽培槽，然后從最上層栽培槽流到各個栽培槽中，有機(jī)物被蔬菜吸收后的優(yōu)質(zhì)水體用抽水設(shè)備注入養(yǎng)殖池形成循環(huán)[28-29]。兩級過濾取水灌溉泵站、封閉式給水管道系統(tǒng)和微噴與滴灌相結(jié)合的節(jié)水灌溉體系[30]，更有利于實(shí)現(xiàn)閉環(huán)式生態(tài)水循環(huán)和種養(yǎng)的生態(tài)平衡。在魚菜共生系統(tǒng)中放入麥飯石、火山石以及陶粒[31]，能有效處理水質(zhì)并釋放可被蔬菜吸收的礦物元素，有助于細(xì)菌的積極生長[32]，促進(jìn)蔬菜生長[33]。構(gòu)建魚菜共生系統(tǒng)中的水培單元除了需要循環(huán)水系統(tǒng)和植物所需要的營養(yǎng)液，還需要充足的光照，植物補(bǔ)光燈[23]能夠促進(jìn)植物的成長。此外在寒冷的冬季要對蔬菜采取一些保暖措施來御寒[34]，在炎熱的夏季也要采取一些降溫措施，所以會采取遮陰、通風(fēng)等措施，否則會造成根系的吸收和發(fā)育功能下降，從而殃及池魚。

所以在栽培系統(tǒng)中，如何實(shí)時的獲取環(huán)境數(shù)據(jù)和及時地對環(huán)境做出調(diào)整是非常關(guān)鍵，因?yàn)樗鼤绊懙绞卟说纳L和經(jīng)濟(jì)收入，智能控制技術(shù)的使用能夠有效解決這一問題，通過傳感器實(shí)時獲取數(shù)據(jù)，然后分析并作出判斷，最后向執(zhí)行單元發(fā)出指令，將栽培區(qū)域環(huán)境一直保持在恒定的狀態(tài)，保證蔬菜的正常生長。

1.3 綜合環(huán)境測控

1.3.1 種養(yǎng)環(huán)境監(jiān)測。

現(xiàn)在還有很多養(yǎng)殖者使用傳統(tǒng)的人工觀測方式，定期測定水中的溶解氧、氨氮、pH等水質(zhì)指標(biāo)[35-36]，這種方式費(fèi)時費(fèi)力，僅憑人工經(jīng)驗(yàn)不能夠保持水質(zhì)參數(shù)的最佳值，也不能夠達(dá)到實(shí)時的效果。利用傳感器和無線通訊技術(shù)來實(shí)時獲取液位數(shù)據(jù)、pH和水溫?cái)?shù)據(jù)，然后通過控制系統(tǒng)中的加熱器、潛水泵等設(shè)備來保證養(yǎng)殖池水質(zhì)的最佳狀態(tài)[37-38]。通過可視化界面和人機(jī)交互界面會使得水質(zhì)控制更加簡單方便，能夠?qū)崿F(xiàn)多水質(zhì)傳感器組數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示，然后用算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后發(fā)送指令完成設(shè)備的控制[39]?；谖锫?lián)網(wǎng)的魚菜共生環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，由傳感器模塊、通信模塊和數(shù)據(jù)處理3部分組成[40]，養(yǎng)殖水體的pH、溶解氧，通信模塊的廣域網(wǎng)采用WiFi技術(shù)，局域網(wǎng)采用ZigBee技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時通訊[41]，數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)處理傳感器的數(shù)據(jù)，一旦超過設(shè)定的閾值就會報(bào)警并作出相應(yīng)的決策。今天看來，魚菜共生已經(jīng)變成了一種生態(tài)的生產(chǎn)模式，甚至還成為一種園藝[42]。但是魚菜共生系統(tǒng)在很多時候需要管理和調(diào)控，最好的方法通過傳感器對魚和菜的生長進(jìn)行實(shí)時嚴(yán)密的測控，保證魚、蔬菜之間能夠協(xié)調(diào)共生，達(dá)到動態(tài)平衡。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，無線傳感網(wǎng)絡(luò)信息傳輸已經(jīng)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)的很多領(lǐng)域，例如ZigBee技術(shù)[37]、無線射頻技術(shù)、5G技術(shù)等可以實(shí)時采集水質(zhì)數(shù)據(jù)，能夠很好地反映水質(zhì)的動態(tài)變化情況，降低功耗、降低成本，提高魚類和蔬菜的質(zhì)量和生產(chǎn)效益[38]，這些傳感器技術(shù)已經(jīng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。如圖4所示，在魚菜共生系統(tǒng)中加入智能信息傳感裝置可以實(shí)現(xiàn)信息的自動化、管理的智能化，降低養(yǎng)殖風(fēng)險，降低勞動成本，對促進(jìn)綠色低碳農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

1.3.2 種養(yǎng)環(huán)境控制。水培種植區(qū)域也需要對環(huán)境參數(shù)調(diào)控，保證植物的正常生長，多傳感器組檢測環(huán)境數(shù)據(jù)[43]，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并做出判斷，根據(jù)環(huán)境參數(shù)設(shè)定參數(shù)，按照邏輯程序?qū)囟?、濕度、補(bǔ)光情況進(jìn)行調(diào)節(jié)[44]。傳感器系統(tǒng)通常包括溫度傳感器、濕度傳感器、液位、光照等，傳感器系統(tǒng)主要是感知環(huán)境變化，采集數(shù)據(jù)信息，控制系統(tǒng)包括潛水泵、加濕器和LED植物燈等，來改變魚菜共生系統(tǒng)的環(huán)境[37]。系統(tǒng)可以對空氣中的溫度、濕度、光照等水培蔬菜生長環(huán)境的參數(shù)，通過WiFi模塊與上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)實(shí)時顯示和處理采集的數(shù)據(jù)，然后對環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)[45]。

水培營養(yǎng)液濃度的人工標(biāo)定費(fèi)時費(fèi)力，效率低，不能實(shí)時獲取營養(yǎng)液的濃度從而時刻保持最佳的營養(yǎng)液濃度。利用Analog EC Meter和Analog PH Meter傳感器實(shí)時獲取營養(yǎng)液濃度和pH，然后由循環(huán)水泵調(diào)節(jié)將其濃度值控制在合理范圍。另外還配備了觸摸屏和手機(jī)App，操作更加方便，可實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程監(jiān)控[41]。要實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)液濃度的連續(xù)在線檢測，一種雙傳感器冗余控制的水培營養(yǎng)液濃度在線標(biāo)測系統(tǒng)，供液管先流入檢測池，然后流入儲液桶，形成循環(huán)并使用微流泵實(shí)時連通檢測池中營養(yǎng)液與栽培床中營養(yǎng)液[46]。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，再加上智能終端的普及，讓農(nóng)場主在監(jiān)測種養(yǎng)方面更加方便、快捷。相比傳統(tǒng)模式的人工定期檢測，不僅保證了實(shí)時性，還能通過與人工智能算法相結(jié)合，通過處理數(shù)據(jù)，可以預(yù)測未來一段時間的水質(zhì)、環(huán)境情況，并根據(jù)預(yù)測情況做出相關(guān)調(diào)控措施，此外還可以設(shè)置閾值，當(dāng)參數(shù)不在正常范圍內(nèi)時會主動向終端報(bào)警，讓管理魚菜共生系統(tǒng)更加智能，提高生產(chǎn)效率又能保證系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

2 魚菜共生系統(tǒng)在北京都市型農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用前景

現(xiàn)階段，隨著都市人口的不斷增長和都市農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展，高效種植，提高空間利用率，緩解土地資源，增加城市綠化面積已成為必然[47]。位于上海浦東新區(qū)的某莊園，一個基質(zhì)栽培式魚菜共生系統(tǒng)的大棚，是一個農(nóng)家樂模式度假村。在重慶，2011—2013年全市魚菜共生推廣面積超過0.74萬hm2[48]。甘肅省天水市2015年引進(jìn)魚菜共生，示范區(qū)12 hm2，經(jīng)測算，單位面積純收入15萬元/hm2[49]?；葜菔恤~菜共生示范基地對經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了測算，在經(jīng)濟(jì)效益年限內(nèi)，共為社會增加純收入3 152.314 1萬元，平均年經(jīng)濟(jì)效益622.978 4萬元[50]。重慶市水產(chǎn)引育種示范基地實(shí)現(xiàn)單產(chǎn)蔬菜10 722 kg/hm2，單位面積增收10 920元/hm2，單位面積水產(chǎn)產(chǎn)量16 180.5 kg/hm2，純利潤2 521元/hm2，與傳統(tǒng)養(yǎng)殖方法相比利潤增加23.9%[51]。都市農(nóng)業(yè)中陽臺魚菜共生系統(tǒng)也是主要組成部分，陽臺陽光充足，溫度適宜，人們在下班后可以種花養(yǎng)魚，陶冶情操，在北京市和天津市受到了人們的青睞[52-53]。華中地區(qū)也推廣了魚菜共生養(yǎng)殖模式，通過水培蔬菜凈化養(yǎng)殖尾水，增氧和抑制魚類病菌生長，達(dá)到增加收入的目的[54]。隨著魚菜共生的相關(guān)傳感器、設(shè)備的不斷發(fā)展，魚菜共生生產(chǎn)模式在我國迅猛發(fā)展，在北京、上海、山東、江蘇、廣東、湖北、浙江、四川等多地已達(dá)到一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模[55]，魚菜共生生產(chǎn)模式以其綠色環(huán)保、高產(chǎn)高效的優(yōu)勢成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢，將會得到更多人的認(rèn)可。

蔬菜是人們生活中的必需品，為人類提供了維生素、礦物質(zhì)和碳水化合物，蔬菜價格的穩(wěn)定尤為重要，像北京這樣擁有超過2 000萬人口的大都市，蔬菜生產(chǎn)與供應(yīng)對居民的生活消費(fèi)與社會穩(wěn)定具有重大影響[56]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，北京地區(qū)的日光溫室占北京地區(qū)各種設(shè)施農(nóng)業(yè)的65%，日光溫室比較適合微耕農(nóng)業(yè)，機(jī)械化水平低，勞動強(qiáng)度大，作業(yè)效率低[57]。魚菜共生是一種復(fù)合型農(nóng)耕技術(shù)，將水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)和蔬菜種植技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，養(yǎng)殖尾水可以為蔬菜提供有機(jī)物，蔬菜區(qū)域可以凈化養(yǎng)殖尾水[58]，不僅可以節(jié)約土地資源和種養(yǎng)成本，而且可以實(shí)現(xiàn)零污染、零排放，魚菜產(chǎn)出高效，保障蔬菜和魚的供給。

另一方面，水培植物與土壤栽培有著很大的區(qū)別，土壤栽培施有機(jī)肥，分解發(fā)酵產(chǎn)生對環(huán)境有黑的氣體，蟲卵容易滋生，而在水培植物中就不存在這些問題。水培植物除蟲一般使用物理法，既對環(huán)境沒有污染，又保證了蔬菜的質(zhì)量[59]。尤其是在像北京這樣的大城市，魚菜共生系統(tǒng)可以在溫室大棚里，提高土地利用率，輸入成本少，對環(huán)境污染小，實(shí)現(xiàn)魚類和蔬菜的雙豐收，提高經(jīng)濟(jì)收入。

魚菜共生系統(tǒng)涉及傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行與維護(hù)、水培營養(yǎng)液的調(diào)配、循環(huán)水系統(tǒng)和水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面的知識，對人才有一定的要求。北京高校眾多，人才儲備充足，可以滿足北京周邊現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的管理和研發(fā)的需求，此外還可以提供就業(yè)，緩解北京就業(yè)壓力。

3 結(jié)語

隨著人口的不斷增長，資源也越來越緊張，同時在信息化的今天人們對飲食、環(huán)保的要求也越來越高，魚菜共生系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，不僅可以節(jié)約時間和空間資源，而且對環(huán)境的污染小。相比傳統(tǒng)種養(yǎng)模式，魚菜共生系統(tǒng)生產(chǎn)環(huán)境潔凈、可控，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動化和管理的智能化，種養(yǎng)密度大，提高了生產(chǎn)效率，栽培區(qū)域一般使用物理除蟲法，使作物的品質(zhì)得到了保障。另外一些城市居民利用自家陽臺，設(shè)計(jì)了微型魚菜共生系統(tǒng)，不僅起到了觀賞的作用，也能為家庭提供20%～30%的蔬菜和魚肉。綜上所述，魚菜共生系統(tǒng)不僅是一種生產(chǎn)模式，也是一門藝術(shù)，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)發(fā)展，有效提高了時間和空間的利用率，對我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重要的意義，是一種值得推廣的綠色、科學(xué)種養(yǎng)模式。此外，隨著智能裝備技術(shù)發(fā)展，可以通過智能終端實(shí)時監(jiān)測大面積作物的生長情況和環(huán)境的變化，并且可以通過終端發(fā)送指令對設(shè)備進(jìn)行控制，一個人可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的種養(yǎng)，節(jié)約人力物力，智能高效，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢。

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