魚菜共生系統經濟可行性研究進展

蔡淑芳 劉現 王濤 黃語燕 吳敬才 雷錦桂

摘要：魚菜共生是水產養殖與無土栽培的互利結合，近年來在世界各地快速發展。魚菜共生可實現水和有機排泄物的循環利用，是應對食品安全危機、資源危機和環境危機的有力措施，但目前關于魚菜共生的經濟可行性還不明確。為進一步明確魚菜共生在經濟上是否是可行的，筆者對相關文獻進行了梳理。明確了魚菜共生總體上是經濟可行的;浮筏栽培和基質床栽培是主要的栽培模式;羅非魚、羅勒是高效的魚菜共生品種;溫帶地區具備盈利可能性;生產規模越大、產品類型越豐富，經濟可行性越高;合適的市場渠道和消費意愿的提升，能促進盈利。闡述了魚菜共生水培效益、養殖品種優化、外部效應內部化等需要加強的研究內容，為推進魚菜共生產業發展奠定了理論基礎。

關鍵詞：魚菜共生;水產養殖;無土栽培;經濟;可行性

中圖分類號： F323.4? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）05-0005-04

魚菜共生是水產養殖與無土栽培的互利結合，作為重要且可持續的食品生產方法，越來越受人們的歡迎和關注[1-5]。在魚菜共生系統中，水生動物排泄廢物，細菌把廢物轉化成營養，植物吸收營養，為水生動物改善水質[6]。這使得動物蛋白和植物的集約化生產同時進行，降低種植、養殖獨立系統的操作成本，減少污水排放，節約用水量[7]。盡管魚菜共生有很多優勢，但其經濟可行性問題是有爭議的[8]。答案的關鍵在于，魚菜共生在生產、效率和可持續性方面的增長是否超過了其相對較高的資本和運營成本[9]。通過梳理相關文獻，力圖對魚菜共生經濟可行性形成整體認知，把握魚菜共生經濟運行規律，為魚菜共生理論研究和產業發展提供相關的知識基礎。

1 魚菜共生系統主要類型

在20世紀70年代和80年代，現代的魚菜共生，即利用水培法并結合再循環水產養殖的方法開始在美國出現[10]。在此期間，魚菜共生研究主要由維爾京群島大學（the University of the Virgin Islands，簡稱UVI）和北卡羅萊納州立大學（the North Carolina State University，簡稱NCSU）開展，并發展成為2個主要分支。

Diver和他的同事開發了一種商業規模的魚菜共生系統（the University of the Virgin Islands System，簡稱UVI系統），該系統已經連續運行了10多年[7]。尼羅羅非魚和紅羅非魚在養殖水箱中飼養，養殖廢水與浮筏水培相連。羅勒、萵苣、秋葵等作物均已成功種植，品質優良，產量可觀。每年研究人員和生產商都會從世界各地前往參觀UVI系統，并參加研討會，學習魚菜共生的操作流程。

Mark McMurtry開發了魚菜共生系統（the North Carolina State University System，簡稱NCSU系統）。該系統在溫室地面下方養殖羅非魚，養殖池排放水用于滴灌置于地面的沙培蔬菜栽培床。西紅柿和黃瓜吸收灌溉水營養而生長，沙培栽培床和植物根部充當生物濾池。灌溉水經栽培床后，循環返回魚類養殖池。該系統能節約水資源和植物營養投入，可進行魚類高密度生產，可減少魚、菜獨立種植、養殖系統的操作成本。目前，該系統已發展到可由普通種植者直接應用的程度[7]。

2 栽培模式、魚菜品種與經濟可行性

2.1 栽培模式

無土植物栽培有多種方式，包括浮筏栽培、營養液膜技術、基質床、毛細床、垂直塔等[11]。2015年，1項國際調查發現，魚菜共生從業人員最常使用的作物種植方式從高到低排序為浮筏栽培為77%、基質床為76%、營養液膜技術為29%、垂直塔為29%、毛細床為6%[12]。被調查者最常用的作物生產方法與常規水培方法是不同的[13]。Rakocy等建議，使用基質床在水培中進行生物過濾，以節約額外的生物過濾器的成本[14]。

2004年，UVI系統使用浮筏方式進行羅非魚-羅勒/秋葵共生[15]，并采用分批生產（整個系統同時種植/收獲）和交叉生產（1次只種植/收獲系統的一部分）的方式進行栽培。通過分批生產，214 m2的栽培面積，1年羅勒收益可達 117 700 美元（交叉生產為110 210美元）。與交叉生產相比，羅勒的分批生產存在營養缺陷。魚菜共生的秋葵生產快速，但沒有羅勒的利潤來得豐厚。基于這些結果，研究人員建議在魚菜共生系統中采用交錯生產技術進行植物生產。

同年，Lennard等以沙礫為基質的魚菜共生系統為對象，研究了連續灌溉（保持恒定流量的灌溉水流動）和往復灌溉（周期性的灌溉水流動）2種方式的差異[2]。研究發現，萵苣產量在持續流動系統比往復流動系統中來得高。表明一個連續的而不是往復的系統，更有可能產生正的現金流預測。

2008年，Holliman等描述了一種集成系統，將棉杜松子堆肥作為基質，生產羅非魚、斑點叉尾和番茄[16]。該系統建在室內集成魚菜共生系統中，規模達40 000 m2。年產羅非魚12 500 kg，斑點叉尾20 000 kg，番茄15 000 kg。成本效益依賴于收獲品種的市場價格。當羅非魚市場價格為4.0美元/kg，西紅柿市場價格為3.3美元/kg，每年的收益為4 222美元。研究發現，因為需要購買昂貴的生物過濾器，進行斑點叉尾的單獨水產養殖將產生虧損，而如果將水產養殖與番茄水培結合起來，將產生盈利。

2009年，Graber等比較了輕膨脹黏土集料作為栽培基質的LECATM魚菜共生系統、獨立施肥的水培系統和用魚缸水灌溉的土壤栽培系統[4]。研究發現，在LECATM系統中，尼羅羅非魚和歐亞鱸的魚類生長和傳統的水產養殖生產是一樣的。因為鉀的缺少，魚菜共生的西紅柿果實品質較差。魚菜共生的西紅柿產量與傳統土壤栽培類似，但顯著少于無土栽培。考慮到營養循環，魚菜共生系統在植物生產上仍然可盈利。顯然水產養殖與傳統農業相結合在降低生產風險的同時也增加了收入。

2012年，馬來西亞沙巴大學（University Malaysia Sabah）在魚菜共生系統中應用類似于垂直塔的堆疊式栽培單元（Stacked Planting Unit，簡稱SPU）進行生產[17]。研究發現，采用SPU模式，雖然每行植物生物量減少了33%，但較之傳統平行栽培單元，在一定面積的土地上，SPU可多容納108%的植物;最終總生物量增長達到傳統方式的1.39倍。加入SPU模式的循環水養殖系統（Recirculating Aquaculture System，簡稱RAS）將扭虧為盈，獲得一定的利潤。

2.2 魚菜品種

成功的魚菜共生生產必須同時考慮魚類和植物物種的最佳選擇以及最適宜的種養技術[18]。幾乎所有的淡水魚都可以使用魚菜共生培養。一位水產學專家斷言：“除了需要高水平的氧氣和超級純冷水的魚類如鮭魚，幾乎可以在魚菜共生系統中養殖任何魚”[10]。類似的，許多種類的植物可以在魚菜共生系統中生長，只要它們沒有像甜菜或大頭菜那樣的大尺寸的可能會腐爛的根[10]。

調查顯示[12]，在魚菜共生系統中，最常見的水生動物是羅非魚為69%、觀賞魚為43%、鲇魚為25%、鱸魚為16%、藍鰓魚為15%、鱒魚為10%。最常種植的植物包括羅勒為81%、沙拉綠葉蔬菜為76%、非羅勒草本植物為73%、西紅柿為68%、萵苣為68%、甘藍為56%、甜菜為55%、白菜為51%、辣椒為48%、黃瓜為45%。另一項調查結果也表明，受訪者主要生產羅非魚、鲇魚和香草、萵苣[19]。

20世紀90年代以來，羅非魚和斑點叉尾一直是美洲新興的水產經濟作物[20]。羅非魚售價大約為斑點叉尾的2.5倍[16]。且羅非魚對pH值、溫度、氧氣和溶解固體的較高的耐受性，是最容易培養的魚之一[7]。這些促成了羅非魚成為最普遍的魚菜共生養殖魚類。在植物選擇方面，相較瓜類與茄果類蔬菜，綠葉蔬菜普遍獲得較高的產量[21];萵苣、香草和特殊的綠色蔬菜（菠菜、韭菜、羅勒、豆瓣菜）等對營養有較低和中等需求的植物是最好的[7]。種植最多的羅勒對營養需求較低，且擁有較好的市場銷售前景。在羅非魚-羅勒/秋葵生產中，雖然秋葵生產快速，但因羅勒擁有較高的市場價格，從羅勒中獲得的毛收入可達秋葵的18～19倍[15]。在UVI系統的初步經濟分析中，羅勒的利潤率幾乎超過萵苣25%[21]。

魚菜共生可獲得魚和植物2種經濟產品，但無土栽培組件較之水產養殖組件具有更高的盈利能力，魚菜共生中以植物生產為重點有經濟和生物基礎[12]。（1）植物如草藥和沙拉蔬菜，比羅非魚等魚類有更高的市場價格。（2）植物相較魚類可以更早達到可收獲的規格，同時在同一年內可重復種植。（3）植物的生物量轉化率比魚類更好;1 kg魚飼料產生的魚糞可以種植多達9 kg的萵苣，而魚類的飼料轉化率僅接近于1 ∶ 1。

從2015年國際調查結果來看，257名受訪者在過去1年共收獲86 000 kg的魚，明顯低于452 000 kg的植物產量[12]。Bailey等發現，在羅非魚-萵苣共生系統中，雖然羅非魚組件的收益為負值，但從萵苣中獲得的回報足以支付魚菜共生系統的所有可變和固定成本[22]。阿肯色州使用UVI的CA2（University of the Virgin Islands Commercial Aquaponics 2）系統進行的羅非魚-萵苣/羅勒生產發現[8]，羅勒、萵苣、羅非魚的利潤率分別為83%、49%、-98%，較高的植物生產價值可抵消系統成本，形成魚菜共生的凈利潤。研究結果表明，對水培生產的更多關注，可能會帶來比完全整合的魚菜共生系統更高的利潤。

3 氣候類型、規模產品與經濟可行性

3.1 氣候類型

在美國維爾京群島和夏威夷進行的研究顯示，在熱帶氣候下，魚菜共生在經濟上是可行的[8]。熱帶地區季節性溫暖的天氣使農民可以全年在戶外種植水培作物，而且不需要額外的燃料和取暖設備。而在溫帶條件下，由于溫室、輔助照明、加熱器和冷卻器等環境控制裝備增加了額外費用，使得魚菜共生系統生產成本提高，較之熱帶地區其經濟效益會降低。調查顯示，在冬季溫度較溫和的地區（平均每年極端最低氣溫≥0 ）開展魚菜共生，其利潤是其他寒冷地區的4倍[12];較高的供暖費用和較短的生長季節是造成寒冷地區效益低下的原因。

為了確定在溫室條件下，魚菜共生是否能在經濟上可行，加拿大艾伯塔省布魯克斯魚菜共生工廠的研究人員基于UVI系統設計建造了一個魚菜共生系統，作為艾伯塔省魚菜共生系統商業化的原型[23]。研究發現，魚菜共生可加速礦物成分的消耗和營養液的吸收，形成更好的植物成長績效。羅勒和其他烹飪用草本植物在亞伯達也顯示出高產量和市場潛力。同時，魚類生物量的產量可與傳統水產養殖相媲美。2005年，Savidov評估了艾伯塔省魚菜共生食品生產的利潤潛力[24]。結果顯示，在不提供任何額外投資的情況下，魚菜共生羅勒種植者的總收入有望在2年內翻一番。

2011年，美國亞利桑那州立大學研究人員對溫帶氣候下生長羅非魚、鱸魚和萵苣的魚菜共生系統進行了現金流分析[10]。研究認為，當以小規模和獨立盈利的方式運營時，單純依靠羅非魚-蔬菜或者黃色鱸魚-蔬菜的銷售不足以抵消常規成本。然而，當規模增大時，用黃色鱸魚-萵苣系統來實現規模經濟和盈利是可能的。此外，研究建議通過完善商業模式、價值增加、收入來源多樣化等途徑來縮小收入和支出之間的差距。

2015年，美國阿肯色州大學研究人員分析了在一個環境控制的溫室內，利用UVI CA2系統生產羅非魚、萵苣和羅勒的經濟可行性[8]。研究發現，羅非魚-羅勒系統的投資回收期為1.27年，對投資者來說風險最低;其次是羅非魚-萵 苣- 羅勒系統，投資回收期為2.17年;羅非魚-萵苣系統的投資回收期大于5年，是最不具吸引力的投資選擇。研究認為，在溫室條件下利用UVI CA2系統進行食品生產是經濟可行的，前提是適當地選擇作物，同時存在著可行的市場。

3.2 規模產品

多項研究表明，魚菜共生是可盈利的，其經濟性與生產規模、產品類型相關。擁有更大生產規模、更豐富產品類型的魚菜共生系統的盈利能力更高。

在規模經濟方面，Bailey等對UVI商業魚菜共生系統的早期版本進行經濟分析發現[22]，羅非魚-萵苣共生產生了正效益，且擁有12個或24個生產單元（每個生產單元由4個養魚池和2個水培池組成）的大型農場，較之只有6個生產單元的農場，實現了更高、更可接受的回報。1項在溫帶氣候條件下魚菜共生系統的經濟分析表明[10]，當系統規模為 2 839 L 時，生產羅非魚-萵苣或者黃鱸-萵苣，是不盈利的。當系統規模擴大到5倍即14 195 L時，生產羅非魚-萵苣，在10年后依然不盈利;生產黃鱸與萵苣，在10年后可獲得凈收益106 404美元。黃鱸較之羅非魚可盈利，其原因為：（1）黃鱸銷售價格是35美元/kg，羅非魚13美元/kg;（2）黃鱸可以在更冷的水溫條件下生存，減少了加熱水體的能源費用。

在產品經濟方面，魚菜共生從業者提供的產品可以分為3種類型[12，25]：（1）只銷售魚菜共生的魚或植物;（2）只銷售魚菜共生相關的材料和服務;（3）同時銷售魚菜共生的魚或植物以及相關的材料和服務。調查顯示，只銷售材料和服務的魚菜共生從業者的盈利能力，是只銷售植物和魚的從業者的2倍。研究認為，在銷售植物和魚類以外，還銷售咨詢和課程的從業者更有可能實現盈利。阿肯色州和美國亞利桑那州的研究也肯定了上述結論[8，10]，認為擁有多元化收入來源的商業生產者可以給農場帶來額外價值增加，包括提供魚菜共生相關的農業旅游、農場參觀、研討會、培訓等增值服務。

4 市場銷售與經濟可行性

魚菜共生具備綠色農業、生態農業特征，主要產出作物和水生動物2種產品。不同的直接和間接市場選擇，不同的市場銷售方式，不同的消費者支付意愿、支付價格、關注點等，將對魚菜共生經濟性產生影響。

從賣方市場來看，魚菜共生從業者可通過各種直接和間接市場銷售植物和魚類。直接市場包括農民市場、農場、社區支持農業等;間接市場包括雜貨店、餐館、批發商等。調查顯示，多元化的魚菜共生從業者，使用了更多的銷售渠道來銷售他們的產品;經營規模更大的魚菜共生從業者，更經常通過間接市場銷售作物。Alcorta認為[26]，通過農民市場和社區支持農業進行直接營銷可能會導致更高的成本，但也可能帶來更高的單位銷售價格，因為中間商被排除在這一過程之外。加州大學的研究人員認為[12]，直接營銷的巨大勞動力和運輸成本足以抵消通過更高定價獲得的收入增長[12]。Hardesty發現，通過批發營銷渠道，每美元收入的營銷成本最低;通過社區支持農業的銷售比通過農民市場銷售的營銷成本更低，整體風險更小[27]。為了正確地抓住市場需求和最大限度地提高農業利潤，可能需要將直接和間接方法結合起來[8]。Galloway發現，通過天然食品和Whole Foods等有機零售商銷售“活植物”具有巨大的市場潛力[28]。羅勒也正是通過出售整株活植物而顯示出很高的銷售潛力。

從買方市場來看，消費者對是否是魚菜共生產品并不敏感，他們更關心的是可能存在的食品安全問題[23]。但1項魚菜共生的食品安全回顧顯示，與魚菜共生產品有關的食源性和人畜共患疾病很罕見;與傳統的田間種植方法相比，魚菜共生產品致病菌污染的可能性更小[29]。2017年，在歐洲市場的調查顯示，超過50%的受訪者從未聽說過魚菜共生[30]。顯示消費者普遍缺乏魚菜共生知識，因此開展相關知識教育和營銷傳播是重要的。同時，消費者對新鮮產品更有興趣，生產者要研究每種蔬菜的最佳收獲時點，從而將最優質量蔬菜推向市場[24]。在支付溢價方面，調查顯示，消費者愿意支付當地種植、不含殺蟲劑、使用環保技術種植西紅柿的價格與散養雞蛋和有機蔬菜價格非常相似，平均愿意支付37%的無土栽培產品溢價[31]。城市中心附近的大市場被認為是推出魚菜共生產品最理想的市場，因為城市中心的消費者更愿意為“無化學”產品支付更高的溢價[24]。

5 結論

魚菜共生是一個動態且快速增長的產業，參與者積極試驗和采用新技術，形成了蓬勃發展態勢[32]。魚菜共生發展表明，以植物為基礎的去除營養物成為水產養殖系統額外收入的潛在來源，它抵消了傳統水產養殖設施去除養分的成本[33]。魚類和植物綜合生產，因為系統的整合性，降低了單獨種植、養殖的營運成本[34]。由于魚菜共生經濟效益受到多因素的影響，對魚菜共生進行準確的經濟評價是困難的;目前還不存在一個普遍適用的優化系統，因為需要根據氣候、市場等環境條件進行優化[35]。相關文獻顯示，在條件許可的前提下，魚菜共生在經濟上是可行的。研究表明，浮筏栽培和基質床栽培是最主要的栽培模式;羅非魚、羅勒是具有較高生存能力和較好市場潛力的魚菜共生品種;即使是在需要增加加熱設備、光照設施等溫室地區，也能實現盈利;生產規模越大、產品類型越豐富，經濟可行性越高;合適的市場渠道選擇和消費者消費意愿的提升，能有效擴大市場。

在所有情況下，水培生產都顯示出了利潤潛力，因此，只關注系統的水培方面可能具有更大的經濟性[8]。研究同時表明，魚菜共生對羅非魚的狹隘關注，意味著許多其他水生動物的生產方法還沒有得到優化[25]。魚菜共生系統具有明顯的生態環境價值，有必要采取措施促進外部效應內部化以提高魚菜共生商業價值[36]。因此，需要進行更多的研究和開發，進一步評估和傳播魚菜共生領域的最佳實踐。

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