閉環型魚菜共生系統模式探討

李志娟，高 帥，劉永好，耿云沖

（北京中農天陸微納米氣泡水科技有限公司，北京 101100）

自1970年澳大利亞園藝愛好者提出魚菜共生理念[1]至今已有近50年，隨著國內消費者對農產品安全、綠色、環保的要求越來越高，閉環型魚菜共生系統吸引了大量農戶，其作為未來城市中的生產模式也被眾多專業人士看好，具有廣闊的前景，是未來農業發展的“潛力股”。

目前，我國非自然水體水產養殖業主要采用土塘養殖和養殖桶養殖方式。隨著綠色農業5大行動的正式實施，傳統養殖模式需要向更加節能環保的方向轉型。“閉環”的性質決定了系統使用循環水[2]，屬于典型的節水生產模式，這與經常換水的傳統漁業有本質上的區別。馬子超等[3]為閉環型魚菜共生系統設計了基于ZigBee的無線傳感系統，為閉環型魚菜共生系統未來的自動化開辟了一種可能途徑。美國、歐洲大部分水產養殖研究機構都是采用溫室內搭建閉鎖環循環系統來完成水由魚池到無土栽培槽過濾再返回魚池中的一個循環過程，并通過多路循環設計對多種植物進行灌溉試驗[4]。Knaus等[5]將尼羅羅非魚、錦鯉和黃瓜、番茄、萵苣相互組合以篩選出生產效果最佳的閉環型魚菜共生組合，研究結果表明羅非魚與番茄、錦鯉與黃瓜組合效果最為理想。Fang等[6]在閉環型魚菜共生系統采用基于藻類的水培法（AA）以提高植物對氮的利用率、達到更好的水質凈化效果，試驗結果表明植物的氮利用率提高了13.8%，N2O的排放降低了89.9%。

然而，魚菜共生系統在實踐中的效果并不理想，很多采用閉環型魚菜共生系統的農場都遭受了損失，Bosma等[7]研究表明大部分農場虧損的原因是將水培蔬菜作為主要經濟產物，而投入成本較高的水產養殖卻成為了副產品。為此，本試驗通過研究小型閉環型魚菜共生系統模式實際運行情況及魚菜生長情況對該生產模式做出評價，并初步探索了羅非魚和生菜搭配合適的魚菜比例，為未來大型工廠化魚菜共生生產系統模式提供參考依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

羅非魚（非洲鯽魚）：選擇經過拉網訓練、體表完好、體格健壯、整齊均勻的健康苗種，規格在0.5 kg左右，由北京小湯山魚種場提供魚苗。

生菜（美國大速生）：中農天陸微納米氣泡水科技有限公司提供。

1.2 試驗方法

試驗于2017年10月在北京國際都市農業科技園田間超市搭建了落地式閉環型魚菜共生系統（圖1）。系統中有2個容積為2 m3的PVC養殖桶、1個容積為1.5 m3的過濾硝化池、1個2 m3容積的集水池、3個面積為3 m2的水培蔬菜區。

2018年6月25日在1.5 m3的過濾硝化池中放入2袋50 kg的生化浮球，打開充氧氣泵，調節落地式魚菜共生系統中水流速度平衡，保證系統正常運行。于2018年7—9月，進行不同魚菜比例種養試驗，每月1號在2個容積為2 m3的PVC養殖桶中各放入0.5 kg左右羅非魚30條，每月3日開始喂料，每月末結束喂料。

7月2日在3 m2水培蔬菜區種植240棵苗齡20 d的生菜，魚（條）菜（棵）比例1∶4；8月2日在6 m2水培蔬菜區種植480棵苗齡20 d的生菜，魚菜比例1∶8；9月2日在9 m2水培蔬菜區種植720棵苗齡20 d的生菜，魚菜比例1∶12。

1.3 調查項目及方法

以5 d時間為1個試驗周期測試落地魚菜共生系統PVC養殖桶中的水溫、溶氧、pH值、氨氮、亞硝酸鹽的含量和死魚數量，觀察記錄落地式魚菜共生系統水培蔬菜區中大速生菜的葉色（深綠、淡綠、淡黃、深黃），并于每月結束時稱取生菜和羅非魚質量。

2 結果與分析

2.1 落地式魚菜共生系統中魚菜比例為1∶4時的環境情況

由表1可知，隨著時間的增加，養殖桶水溫逐漸降低，溶氧升高，pH值相對穩定，氨氮和亞硝酸鹽含量逐漸升高，死魚數量較多，生菜葉色淡綠，說明該系統運轉不正常，羅非魚（條）和生菜（棵）搭配比例1∶4不合適。

圖1 落地式閉環型魚菜共生系統模式

2.2 落地式魚菜共生系統中魚菜比例為1∶8時的環境情況

由表2可知，隨著時間的增加，養殖桶水溫逐漸降低，溶氧相對穩定，pH值相對穩定，氨氮和亞硝酸鹽含量逐漸降低，魚和生菜生長良好，生菜葉色濃綠，死魚數量少，說明該系統中過濾硝化池硝化反應逐漸發揮強大作用，該系統運轉正常，說明羅非魚（條）和生菜（棵）搭配比例1∶8比較合適。

2.3 落地式魚菜共生系統中魚菜比例為1∶12時的環境情況

由表3可知，雖然養殖桶隨著時間的增加，水溫逐漸降低，溶氧波動變化，pH值相對穩定，氨氮和亞硝酸鹽含量迅速降低，說明該系統中過濾硝化池硝化反應逐漸發揮作用；但是后期死魚數量增多而且生菜逐漸偏黃，推測是因為該系統中生菜多，魚少，造成后期生菜所需的營養不能滿足其生長需要，所以該系統后期運轉不正常，說明羅非魚（條）和生菜（棵）搭配比例1∶12不合適。

2.4 不同魚菜比例對生菜和魚生長的影響

由表4可知，魚菜比為1∶8時，生菜葉色深綠，總產量最高；魚的生長速度快，總質量高，較魚菜比1∶4和1∶12時總質量分別提高119.70%和42.16%，且死魚率低，是較合適的魚菜比例。

3 結論與討論

試驗表明羅非魚（條）和生菜（棵）的比例為1∶8比較適合落地式魚菜共生系統正常運行，能夠保證魚和生菜的互利共生關系。本次試驗不能排除7、8、9這3個月的溫、光、熱等環境條件的影響，因為養殖條件所限，所以這一結論還需進一步驗證。

表1 落地式魚菜共生系統魚菜比例為1∶4時環境情況

表2 落地式魚菜共生系統魚菜比例為1∶8時環境情況

表3 落地式魚菜共生系統魚菜比例為1∶12時環境情況

表4 不同魚菜比例對生菜和魚生長的影響

試驗通過在養殖桶中投喂魚飼料，魚類產生魚糞及有機氮經過氨化作用生成氨氮；然后在過濾硝化池中經過亞硝化作用生成亞硝酸鹽，亞硝酸鹽經過硝化作用生成可被植物吸收的硝酸鹽；最后硝酸鹽流入水培蔬菜區經過蔬菜根系的吸收后變為凈水回流到養殖桶。從而實現養魚不換水而無水質憂患，種菜不施肥而正常成長的共生效應，讓動物、植物、微生物三者之間達到一種和諧的生態平衡關系。

羅非魚和生菜結合成閉環型魚菜共生生產系統模式運行非常成功，該研究在小型魚菜共生系統模式中收集的各項參數（魚池水質、水培區水質、魚菜增重、種養比例）將作為經驗參數供未來大型魚菜共生高密度養殖參考，閉環型魚菜共生系統是極有研究和推廣價值的綠色高密度水產養殖模式，其作為新興的生產模式具有廣闊的發展前景。