北方高寒地區(qū)“魚(yú)菜共生”循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)模式淺析

詹華天

(木蘭縣水產(chǎn)總站，黑龍江木蘭 151900)

“魚(yú)菜共生”是一種新型的復(fù)合養(yǎng)、耕體系，它把水產(chǎn)養(yǎng)殖與水耕栽培這兩種原本完全不同的生產(chǎn)技術(shù)，通過(guò)巧妙的生態(tài)設(shè)計(jì)，達(dá)到科學(xué)的協(xié)同共生，從而實(shí)現(xiàn)養(yǎng)魚(yú)不換水而無(wú)水質(zhì)憂患，種菜不施肥而正常成長(zhǎng)的生態(tài)共生效應(yīng)。文章基于省內(nèi)資源優(yōu)勢(shì)，淺析“魚(yú)菜共生”循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)模式。

1 發(fā)展基礎(chǔ)

落實(shí)黑龍江省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳組織召開(kāi)的全省綠色種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)業(yè)試點(diǎn)推進(jìn)視頻會(huì)議(2021年10月14日召開(kāi))精神，圍繞“構(gòu)建一套機(jī)制，創(chuàng)新一批模式、扶持一批主體，樹(shù)立一個(gè)標(biāo)牌，建立一個(gè)檔案，打造一批典型”的工作要求，著力推進(jìn)綠色種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)業(yè)試點(diǎn)工作見(jiàn)實(shí)見(jiàn)效。2021年～2022年，試驗(yàn)示范“魚(yú)菜共生”技術(shù)模式，試點(diǎn)建設(shè)試驗(yàn)示范基地2處，分別是松北區(qū)的玉林村及北魚(yú)集團(tuán)的丁香島生產(chǎn)基地，建有試驗(yàn)示范棚室3個(gè)，棚室面積超過(guò)3000m2，開(kāi)展“魚(yú)菜共生”技術(shù)模式試驗(yàn)示范工作。其中，哈爾濱市松北區(qū)玉林村建有棚室2個(gè)，總面積2880m2，路基池塘400m2；黑龍江北魚(yú)集團(tuán)丁香島基地建有棚室路基魚(yú)池22個(gè)，面積4800m2，養(yǎng)殖品種包括梭鱸、加州鱸、方正銀鯽等，種植葉類蔬菜，并憑借優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品品質(zhì)對(duì)接高端消費(fèi)群體，同時(shí)探索與觀光旅游及餐飲服務(wù)相結(jié)合的三產(chǎn)融合發(fā)展道路。

2 技術(shù)措施

“魚(yú)菜共生”技術(shù)模式最早源于干旱缺水的氣候條件，澳大利亞為魚(yú)菜共生早期的先行者。后期在知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)分享的過(guò)程中，魚(yú)菜共生園藝得到快速發(fā)展，之后，世界各國(guó)多個(gè)大學(xué)逐步開(kāi)展相關(guān)技術(shù)研究，探索大規(guī)模魚(yú)菜共生農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)方法。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織也把小型魚(yú)菜共生系統(tǒng)作為可持續(xù)農(nóng)業(yè)模式向全球推薦。近幾年，規(guī)?；聂~(yú)菜共生系統(tǒng)逐步在世界各地建設(shè)投產(chǎn)，室內(nèi)的魚(yú)菜共生工廠也開(kāi)始出現(xiàn)，整個(gè)魚(yú)菜共生農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)正在快速發(fā)展。

2.1 耦合型魚(yú)菜共生系統(tǒng)

耦合型魚(yú)菜共生系統(tǒng)是指由水產(chǎn)養(yǎng)殖單元和水培單元組成的一個(gè)單向閉路水循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)中所有水池只有一個(gè)水流方向。該系統(tǒng)由魚(yú)池、沉淀池、過(guò)濾池、脫氣池、水培槽(浮筏栽培)和蓄水池等組成(圖1)。水從魚(yú)池經(jīng)重力作用通過(guò)沉淀池和過(guò)濾池去除大顆粒固體和懸浮顆粒，經(jīng)脫氣池后進(jìn)入水培槽，微生物將水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽氮，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮供植物吸收利用，水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被植物吸收后，水流至系統(tǒng)最低點(diǎn)的蓄水池，經(jīng)水泵抽取回到養(yǎng)魚(yú)池，完成整個(gè)系統(tǒng)循環(huán)過(guò)程。通過(guò)魚(yú)池蒸發(fā)、植物蒸騰和排污而損失的水通過(guò)蓄水池收集雨水補(bǔ)充。

該類型系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠充分有效地利用飼料中的氮元素，氮使用效率比傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖高；水培槽發(fā)揮了與人工濕地凈化廢水相同的作用，減少了水產(chǎn)養(yǎng)殖排放對(duì)環(huán)境的影響；但是僅投入魚(yú)飼料作為魚(yú)和植物營(yíng)養(yǎng)的來(lái)源，對(duì)植物而言，在營(yíng)養(yǎng)供給的質(zhì)量和數(shù)量上還有欠缺，可能因營(yíng)養(yǎng)不足導(dǎo)致植物生長(zhǎng)緩慢或枯萎，因此，水培品種的選擇通常被限制在一些低營(yíng)養(yǎng)需求的生菜、羅勒等葉菜上；并且，魚(yú)類和植物由于共生在同一閉路循環(huán)系統(tǒng)下，植物生長(zhǎng)對(duì)高營(yíng)養(yǎng)鹽的需求和魚(yú)類生長(zhǎng)環(huán)境需要低營(yíng)養(yǎng)鹽之間存在難以協(xié)調(diào)的矛盾，彼此生長(zhǎng)環(huán)境都未處于最優(yōu)狀態(tài)，一定程度阻礙了系統(tǒng)整體產(chǎn)量的提升。

圖1 耦合型魚(yú)菜共生系統(tǒng)

2.2 解耦型魚(yú)菜共生系統(tǒng)

解耦型魚(yú)菜共生系統(tǒng)是近年在歐洲興起的一種新模式，是指包含子循環(huán)回路的系統(tǒng)，系統(tǒng)中水產(chǎn)養(yǎng)殖和水培單元具有獨(dú)立循環(huán)回路，各單元水質(zhì)能夠得到更精細(xì)的調(diào)控。在溫室環(huán)境下構(gòu)建了一種新型多回路魚(yú)菜共生系統(tǒng)(圖2)，該系統(tǒng)由羅非魚(yú)循環(huán)水養(yǎng)殖和基于營(yíng)養(yǎng)膜技術(shù)(NFT)的水培番茄兩個(gè)獨(dú)立的循環(huán)單元組成，并通過(guò)單向閥連接。魚(yú)池排放水經(jīng)物理過(guò)濾和生物反應(yīng)器后進(jìn)入水培調(diào)節(jié)池。水培調(diào)節(jié)池可根據(jù)植物生長(zhǎng)所需的最佳條件，進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)鹽添加、pH調(diào)節(jié)等水質(zhì)調(diào)控措施后再將水輸入水培槽用于植物生長(zhǎng)；在水培單元后端設(shè)置冷卻阱，用于凝結(jié)回收植物蒸騰的水分，再與經(jīng)植物吸收營(yíng)養(yǎng)鹽后的水一同返回魚(yú)池。

解耦類型系統(tǒng)擁有水產(chǎn)養(yǎng)殖單元、水培單元和魚(yú)—菜共生單元3個(gè)循環(huán)路徑，特點(diǎn)是水產(chǎn)養(yǎng)殖和水培單元可相互獨(dú)立循環(huán)運(yùn)行，能夠?yàn)閮蓚€(gè)生產(chǎn)單元分別提供良好的生長(zhǎng)條件，解決植物和魚(yú)類生長(zhǎng)對(duì)不同營(yíng)養(yǎng)鹽、pH 的需求，實(shí)現(xiàn)魚(yú)和菜產(chǎn)量的最大化；還能夠避免病蟲(chóng)害等問(wèn)題在兩個(gè)單元之間互相作用造成的不利影響，系統(tǒng)穩(wěn)定性更好；為了使水培植物處于最佳生長(zhǎng)條件，解耦型系統(tǒng)會(huì)額外向水培單元中添加營(yíng)養(yǎng)液，增加了一定的運(yùn)行成本；并且解耦型系統(tǒng)構(gòu)建方式更復(fù)雜，需要使用更多的泵管和水池，占用更多的空間等，經(jīng)濟(jì)可行性和盈利能力仍需要進(jìn)一步研究。

圖2 解耦型魚(yú)菜共生系統(tǒng)

2.3 立體式魚(yú)菜共生系統(tǒng)

垂直農(nóng)業(yè)技術(shù)與魚(yú)菜共生相結(jié)合，研究了基于種植墻技術(shù)(Living wall)的魚(yú)菜共生系統(tǒng)。該系統(tǒng)的無(wú)土栽培單元采用立體種植方式，由1m2垂直排列的花盆組成(花盆以5排、8列的方式分布在由腳手架支撐的不銹鋼加強(qiáng)網(wǎng)面板上)，以椰殼纖維、礦棉等基質(zhì)種植40棵羅勒，養(yǎng)殖排放水通過(guò)灌溉管抽取到最頂部一排的花盆里，水流經(jīng)重力滲透基質(zhì)后，從花盆底部連接的分支管道流到下一排花盆里，以此為植物生長(zhǎng)提供養(yǎng)分。但立體化生產(chǎn)方式建設(shè)投入和能源消耗將更高，因?yàn)楦鶕?jù)立體栽培的高度和種植分布情況，為保持光照均勻需要更多的照明設(shè)施，將水輸送到高處也需要更大的水泵功率；基質(zhì)栽培方式容易堵塞灌溉管道，需要定期清洗，增加了勞動(dòng)力；若系統(tǒng)超過(guò)4 層種植高度，上層的管理和勞動(dòng)力成本將增加25%。

2.4 可控虹吸交替式魚(yú)菜共生系統(tǒng)

圖3 可控虹吸交替式魚(yú)菜共生系統(tǒng)

圖注：1.養(yǎng)魚(yú)池；101.水壓驅(qū)動(dòng)清污裝置；2.礫石種植床；301.增溫器淋水管；302.軟管；303.增溫器給水泵；4.保溫墻；5.卷簾裝置；6.大棚；7.虹吸管；8.流量調(diào)節(jié)裝置。

可控虹吸交替式魚(yú)菜共生系統(tǒng)包括：水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、交替式水循環(huán)系統(tǒng)、礫石種植床系統(tǒng)；所述養(yǎng)魚(yú)池的一側(cè)設(shè)進(jìn)水位，其另一側(cè)的底端設(shè)有出水位；所述礫石種植床系統(tǒng)包括礫石種植床，所述礫石種植床的一側(cè)為給水側(cè)，且與養(yǎng)魚(yú)池的出水位同側(cè)，所述礫石種植床的另一側(cè)為回水側(cè)，且與養(yǎng)魚(yú)池的進(jìn)水位同側(cè)，所述養(yǎng)魚(yú)池的出水位通過(guò)虹吸管和給水管連接礫石種植床的給水側(cè)。該系統(tǒng)采用交替水循環(huán)結(jié)構(gòu)，并在流經(jīng)礫石種植床時(shí)增加溶氧，在流經(jīng)回養(yǎng)魚(yú)池內(nèi)繼續(xù)養(yǎng)魚(yú)，整個(gè)過(guò)程中沒(méi)有農(nóng)藥、藥品的殘留物，水質(zhì)適合魚(yú)和植物的生存，使得魚(yú)在高密度的環(huán)境中不容易得病，大大增加產(chǎn)能。

3 發(fā)展建議

3.1 繼續(xù)推廣高端信息技術(shù)在魚(yú)菜共生系統(tǒng)中的應(yīng)用

魚(yú)菜共生系統(tǒng)較為復(fù)雜，系統(tǒng)的運(yùn)行、管理和維護(hù)對(duì)從業(yè)人員專業(yè)水平要求較高，勞動(dòng)力和能源成本也較高。繼續(xù)推廣高端信息技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效降低人力和能源成本，提高生產(chǎn)效率。

3.2 深入研究商業(yè)模式

魚(yú)菜共生的發(fā)展需要經(jīng)濟(jì)上能盈利，已有許多關(guān)于小型魚(yú)菜共生系統(tǒng)的研究，但對(duì)于大規(guī)模商業(yè)模式的研究還較少，大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)前期所需投入較大，經(jīng)濟(jì)可行性仍存在爭(zhēng)議。對(duì)不同氣候環(huán)境、不同生活水平地區(qū)等的商業(yè)模式也應(yīng)進(jìn)行更細(xì)致地研究。

3.3 尋求政府支持

大部分民眾并不了解魚(yú)菜共生，魚(yú)菜共生作為一種環(huán)境友好型的生產(chǎn)系統(tǒng)，還沒(méi)有得到有關(guān)部門足夠的重視。應(yīng)呼吁政府繼續(xù)加大資金投入、出臺(tái)相關(guān)扶持政策、加強(qiáng)宣傳力度、普及相關(guān)知識(shí)，提高民眾選擇魚(yú)菜共生綠色有機(jī)環(huán)保產(chǎn)品的覺(jué)悟。