魚類養殖與水培蔬菜互利共生技術的效用分析

劉 郡

（北京生態創意農業服務聯盟，北京 100070）

1.引言

當前，全球的農業危機主要存在兩個方面：資源匱乏和環境污染。其中，土地資源和水資源的缺乏與污染是當前農業危機需要解決的重點問題。土地資源與水資源的缺乏會使得農業發展萎靡不振，無法滿足國民的物質需求，從而導致社會危機；而污染問題會導致農業生產遭受大面積破壞，使得農產品質量的提升停滯不前，甚至會影響國民的身心健康。因此，合理利用自然資源，必須要開發新的農業發展技術，盡量減小因粗放型農業而導致的對環境的負面影響，才能有望實現可持續發展的綠色農業道路。

現代農業提高了農業的勞動生產率，并產出了豐富多樣的農產品，但也在一定程度上造成了土壤侵蝕嚴重、化肥和農藥使用量上升、環境污染等眾多生態危機。多個國家開始發展新型農業方式，如“生態農業、生物農業和有機農業”等，用這幾種方式生產的食品稱為“自然食品、有機食品和生態食品”。因此，常規農業的創新升級必須因地制宜利用現代科學技術與傳統農業技術相結合，方能實現生態農業和設施農業的高質量發展。

現代的魚菜共生技術作為生態農業和設施農業的重要組成部分，是集循環水養殖和水耕栽培于一體的綜合養殖生態系統，利用養殖水體中釋放的氨氮作為水耕栽培作物的營養物質，達到養殖凈水處理和水耕作物生長的雙重目的。該項技術已在重慶、天津等地推廣多年，主要種植空心菜、水芹菜、絲瓜等蔬菜，有效改良了池塘水質，提高了經濟效益，在漁業養殖與農業栽培方面取得了雙贏局面，是現代農業技術的創新典范。

2.魚菜共生技術的概述

現如今，工業化進行水產養殖的過程中會產生大量的污染物，如未被食用的飼料和魚類排泄物等。研究表明，生產1 kg的魚需要干重1～3 kg飼料，而其中36%的飼料將被轉化為有機廢物排泄出去，會有大約 75% 的氮磷飼料遺留在水中造成污染，這些物質濃度達到一定程度就會影響生態平衡、破壞生態環境。因此，更加環保的農業生產方式亟待人們發掘。魚菜共生相比傳統生產方式具有更高的可持續性，既能實現工業大規模生產，又利用了自然消化工藝，合理循環利用資源。

因此，魚菜共生系統的生產模式是生態可持續的，其所生產的產品是綠色有機的。魚類養殖與水培蔬菜共生技術，是一種科學的復合型農作種養循環體系。它基于生態共生的原理，將魚類養殖與蔬菜栽培這兩種完全不同的培養技術，通過巧妙合理的生態設計，達到科學生長、協同共生的有機效應，是水產養殖與無土栽培的互利結合，近年來在全球的農業領域得到迅速發展。

魚菜共生是利用水產養殖排放水為植物提供營養,由一種氮源(魚飼料)生產兩種農產品(魚和蔬菜),具有水和氮源利用效率高、不使用化肥和抗生素、對環境友好等特點，是一種可持續的農業發展方式。傳統的水產養殖模式中，隨著魚類排泄物的積累，水體中的氨氮含量逐漸增加，導致水質毒性逐步提高，不利于魚類生長，形成水質污染、環境惡化。利用藥劑或其他方法降低氨氮含量，不僅導致水資源浪費，還會使得周邊養殖水域富營養化，從而限制了水產養殖業的健康可持續發展。

對于魚菜共生系統而言，水產養殖中的富營養水通過管道輸送至栽培系統，在表面附著的微生物細菌的作用下，將水里的氨氮氧化成為亞硝酸鹽，進一步轉化為可以被植物直接吸收利用的硝酸鹽，促進植物生長。這個循環不斷反復，魚群為細菌提供營養，細菌分解魚類的排泄物并喂養植物，植物則凈化水質返回給魚群。在這個生態循環系統中，動物、植物、微生物協同作用、互利共生，處于穩定的生態平衡狀態，既實現了節水減排效應，又可以使得資源再生利用，形成生態循環系統，被認為是極具創新性和可持續發展潛力的現代農業生產模式。

3.魚菜共生技術體系的原理及特點

魚菜共生技術包含植物種植和水產養殖兩個主要系統組件。無土栽培是魚菜共生系統的核心技術，該技術將植物移栽到水面，或移植到生態浮床等人工載體上，通過植物深入水中的強大根系吸收、截留水體中的氨氮磷等物質，從而達到凈化水質的目的。實踐證明，生態浮床是一種行之有效的生態模擬修復技術，主要包含以下幾方面的特點：

一是擁有巨大表層面積的發達根系水生植物，是水中懸浮態污染物和各種微生物良好的固著載體，對水體中的有機污染物和氨氮磷等營養鹽富有強大的阻隔效應與凈化效果，為水產養殖提供更好的生存環境。

二是水體中溶解的氨氮磷等營養物質可以被水生植物直接或間接的有效吸收利用，并將其分解，通過揮發、代謝或礦化作用使其轉化為二氧化碳和水，或轉化為無毒性作用的中間代謝物貯存在植物細胞中，達到去除污染的作用。

三是水生植物根區微生物的轉化，可以實現對污染物的有效降解。植物根區的菌根真菌與水體形成共生效應，并通過光合作用向水體釋放大量氧氣，提高水體溶解氧含量，促進污染物的快速分解與轉化，解決水產養殖的缺氧問題。

魚菜共生的應用場景比較廣泛，是一種新興的種養方式。系統的規模可大可小，小到一家人，大到可以形成立體的種植生態、農業模式。在國外一些發達國家，由于家庭一般都有后院，很多人已經開始建立自己的院落式魚菜共生系統。由于該系統過濾效果強、生產工藝簡單、生產成本低、生態環保，在國外逐漸受到水族館愛好者、種植園愛好者和環保愛好者的重視。

4.魚菜共生養殖模式的特點及優勢

魚菜共生生產模式具有安全性、環保性、節能性、省水性和持續性等特點，對推進生態農業生產幫助極大。同時，這種生產模式也將會為魚菜安全提供有效保障，對生產者而言，生產效率和優質產品的產出能力更強，對消費者而言，該模式產出的魚和菜的吸引力和可信賴程度極高，具有五大優勢：

第一，系統安全性高。魚菜共生系統利用的是無污染的地下水或自來水養殖，水體循環利用，由于魚菜共生的生產模式和系統內嚴禁使用任何藥物，也不能直接噴灑農藥，否則就會引發有益微生物種群死亡或導致魚的大量死亡，甚至會引發系統崩潰。如果在魚池部分使用漁藥會危及蔬菜部分的生長；如果在蔬菜種植部分使用農藥，會立刻導致魚的死亡。因此，養魚和種菜部分均無須使用藥品，系統輸入端僅是通過國家行業標準認證的安全魚飼料，無論是水產養殖還是蔬菜栽培的安全性都在該模式中得到了保障。

第二，魚菜天然有機。蔬菜對病蟲害的抗性強，蔬菜根部的根際微生物分泌的植物抗生素對魚的健康也非常有利，該模式生產的蔬菜都擁有水生根系，可在銷售時帶根配送。因此，魚菜共生的蔬菜種植部分天然具備有機蔬菜生產屬性，因為吸收營養較為全面，具有甘甜、鮮嫩、爽口的質量特點。出品的魚產品潔凈無污染，吃起來沒有任何泥腥味，魚肉鮮美緊致。

第三，生態環保無污染。由于魚菜共生模式中含有的微生物眾多，對水環境的健康程度要求極高，因此，水體受污染概率很低。魚菜共生系統可以將魚糞及水溶的氨氮通過生物作用轉化為硝酸鹽，為無土栽培蔬菜提供營養。由于整個系統采用無土栽培，魚糞和殘餌轉化為蔬菜的肥料后，水體得到凈化，并且不會將污染物排放放到周邊環境，從而有效規避因土壤污染而導致的農產品安全問題，是真正的零排放、可持續的農業發展模式。

第四，資源成本降低。魚菜共生生產模式具備了雜草免疫，作物栽培在種植孔，根系漂浮在水中，天然隔絕雜草生長，因此完全無須噴施除草劑。魚菜共生系統沒有傳統土壤栽培的休耕、輪作，也沒有連作障礙。傳統土壤栽培連作時會進行土壤消毒，必然給下輪栽培帶來藥害。只消耗傳統農業2-10%的水。可以做到接近0排放，除了極少量有機物幾乎無法轉化為無機營養鹽，其他都可以循環利用，進一步降低了資源成本。

第五，產業應用性強。魚菜共生生產模式優勢頗多，既能實現生態生產，又能推進魚菜增產。而且，此類型生產模式的作業原理十分簡單，實操性和適應性極強，具有非常廣泛的運用前景。用該模式能大量節省人力，一個人就可以運作一個農場。比如，安徽省績溪縣徽香園養殖家庭農場等基地就引進了這種生態養殖模式，通過科學的運營和精細化管理，實現了水產養殖和蔬菜栽培的共贏。

5.生態效應與社會意義

魚菜共生技術作為現代化農業的綠色生態系統，具有穩定性和可持續性的發展特性。通過對魚類養殖與水培蔬菜互利循環系統的嚴格把控與不斷優化，將排泄物與污染物控制在最低水平，從而實現提高生產效率、優化資源配置的最佳生態協同效用。與此同時，因為魚菜共生系統自身的獨特性，不需要添加肥料與農藥產品，可以實現無公害養殖，對保護生態環境、減少污染、增產減排具有十分重要的積極作用。

5.1 凈化水質、維持水溫，為微生物提供棲息地

研究表明，對于生態浮床TN、TP等污染物，利用水生植物的根、莖、葉吸附、吸收和降解，可以有效提高污染去除率，一般在60%以上，最高可達90%，以實現凈化水質的作用。魚菜共生系統采用生物浮床技術，在水面形成一層綠色屏障，改變光照途徑，使得水體吸熱能力大大降低，從而形成平衡水溫、減小水體溫度變化的作用。此外，水生植物龐大根系所形成的網絡狀結構，能創造出不同養分的生態環境，為各種微生物的吸附和代謝提供了良好的附著條件。

5.2 美化養殖生態環境，建立綠色養殖機制

魚菜共生技術采用近自然恢復手段重建生態系統結構，在改善水質的同時，又使水體成為具有景觀效益的生命綜合體，具有生物與自然和諧共處的意義。此外，水產與植物相互依存的場景具有較高的觀賞價值與景觀價值，可以讓人們真正享受到“碧水微瀾，魚鳥成群”的綠色養殖生態環境，適用于休閑觀光農業的融合與發展，也契合當前生態漁業、觀光漁業的養殖需求。

5.3 開展休閑農業項目，推動多元化產業發展

魚菜共生技術與系統的推廣，可以將具有一定科技含量的休閑農業項目應用到農業生產中，通過創建集“觀光旅游、研學活動”于一身的生態園模式，讓更多的學生與家庭參與到魚菜共生項目的普及與推廣中，不但有利于建立綠色農業、生態農業的環保意識，還能產生一定的觀光效益與體驗效益。通過發展綜合型生態旅游項目，推動并優化農業結構調整，將資源優勢轉化為經濟優勢，帶動周邊鄉村經濟的快速健康增長，實現區域經濟一、二、三產業多元化發展。

5.4 實現資源的優化利用與開發

廣泛推廣魚類養殖與水培蔬菜技術可以大量節約農業耕地，實在土地資源優化配置。以池塘魚菜共生系統為例，每養殖100畝水面生態浮床，可增加10 ~ 20畝的蔬菜種植產量。此外，還可以節約淡水資源。每年的高溫季節，為保證水質，池塘必須每隔10 ~ 15天換注15 ~ 20厘米深的新水，換水量根據池塘大小約為960 ~ 1440噸。采用魚菜共生技術不僅可以節約上述換水量，還能減少人工換水所導致的水質污染，大大降低養殖風險，提高農業產量，對節約土地資源和水資源、促進農業創新升級意義重大。

5.5 提高社會綜合經濟效益

對比農業種植和傳統無土栽培，魚菜共生在系統運轉前期投入相對較大，但在系統正常運轉后，從勞動力密集程度與消耗的資源數量來看，維護成本都大幅下降。該技術可以有效緩解土地緊張、資源匱乏的問題，在凈化水質的同時額外收獲蔬菜類農產品，從而增加綜合性經濟效益。此外，還可以減免單獨工廠化養殖的物理化學處理與單獨無土栽培所需的大量無機礦質化學元素污染，實現真正的免化學農藥與肥料的有機生態栽培與養殖，為市場提供綠色環保、安全無公害的有機食物提供必要保障。

通過硬件建設和改造建成魚菜共生系統后，需要對相關管理人員進行技能培訓，只要熟練掌握魚菜共生系統生態平衡操作的關鍵環節，就可以輕松實現互利模式的農業養殖，還可以實現可循環、節能型的有機耕作，這不僅是當前農業轉型升級的迫切需要，更是生態農業及觀光旅游休閑農業的發展趨勢。

6.魚菜共生系統的技術難點

一是如何減少系統對藻類的抑制作用。在水環境中水生的蔬菜和浮游藻類在吸收利用營養物質和光能等方面有很強的競爭關系，前者個體大、生命周期長、吸收儲存營養能力強，所以能間接抑制浮游藻類的生長。如漂浮型水生蔬菜的種植面積過大，作為水體內初級生產者的藻類減少將降低水體中的溶氧量，可能會影響養殖魚類的生長。

二是解決系統內養分充分供給的問題。種植的蔬菜需額外添加相應的肥料魚池中的養分不能完全滿足蔬菜生長所需要的全部營養元素，如鐵、鉀、鈣等，水體中不能提供的營養元素還需要定期、額外添加相應的肥料。但添加營養元素的量要掌握適度，否則會影響養殖魚類的健康生長而減少經濟收入。

三是如何提升系統的后期清理和維護。魚菜共生系統是一個相互影響的整體，其中任何環節出現問題都會導致整個系統難以運行。冬季大多數水生蔬菜枯萎死亡或生長緩慢，后期清理和維護較難，株殘體如不及時清除，易引起二次水污染，不但水體難以取得理想的凈化效果，而且還會影響系統的后續運行。因此，后期的技術研發要重點關注因季節變換所帶來的不利影響。

7.未來的研究方向

魚菜共生技術在結合休閑農業共同發展的過程中，必須從國民的實際需求出發，以達到緩解農業危機、發展綠色經濟、走可持續發展道路的目的，從而實現經濟、社會、生態的多維度共同發展。據此，根據我國魚菜共生系統目前的發展狀況與評價體系，未來還應加強以下四方面的研究：

第一，商業模式研究。魚菜共生的健康發展需要實現可持續的盈利能力，因此，要對不同氣候環境、不同生活水平地區的商業模式也應進行更細致的研究。雖然我國擁有較為成熟的魚菜共生技術，但是在調研結構體系上有所欠缺，有關部門應組建相應的專家團隊進行實地調研勘察，為完善商業及運營數據的資料統計提供有力保障。

第二，提升技術的融合水平。技術是保障魚菜共生系統長遠發展的重要因素，隨著科技的進步，應充分實現魚菜共生與智能化、信息化的融合，從而可以進一步節約能源成本和勞動成本。因此，開發魚菜共生技術智能軟件是推動系統發展的重要舉措，有利于標準的審核與體系的推廣，應當與種養殖技術的研發與創新同步。

第三，完善建立標準體系。根據各地區運行魚菜共生系統的特點，應結合我國農業經濟發展的現行標準與條例，通過多領域專家學者的實地考察與共同探討，全面建立并完善魚菜共生系統的評價標準與體系，審核與修訂既有規則，從而起到明確行業發展趨勢、進一步規范行業準則與實現可持續性發展的目標。

第四，政策與資金扶持。由于魚菜共生系統存在初始投資較大和技術難度高的問題。針對這些問題，政府應適當拓寬惠農渠道，增加對農戶的政策支持和資金扶持，加強宣傳力度、普及相關知識，提高民眾選擇魚菜共生綠色有機環保產品的覺悟。逐步將魚菜共生系統發展成為生態種養模式的典范,強化魚菜共生系統中核心技術的研究與培訓，降低技術難度，逐步實現區域中生態農業的規模化效應。

8.結論與展望

魚菜共生系統作為一種融合了生態發展的運行系統，不但實現了農業生產的生態環保，還大幅度節約了資源，實現了魚菜產品的高質量產出，是一種全新的農業發展模式。在促進產業融合方面，魚菜共生生產模式可以很好地與旅游、教育、文化、康養等產業深度融合，在一定程度上提升旅游經濟規模，對所在區域的生態效益、社會效益和經濟效益產生深遠影響。魚菜共生實現規模化生產會帶來相關產業的協同效應和溢出效應，不斷實現跨界融合，從而提升產業結構與社會結構，實現區域經濟與社會的綜合發展。

魚菜共生是從傳統農業提升凝練發展而來的經典農業發展模式，隨著技術研發的不斷深入、設施設備的成熟推廣以及人工智能的不斷發展，魚菜共生在未來農業中的占比將更為重要。魚菜共生體系不但符合未來農業的發展方向，還對產業的融合創新發展意義重大。在國家倡導大力推進高效生態循環的種養模式和鄉村振興戰略的持續推進下，一定要全面做好項目的規劃和建設，不斷培養產業人才，逐步推進農業供給側結構性改革、優化產業發展模式、促進生產提質增效，加快培育農業農村發展的新動能！