魚菜共生系統下種養密度和投喂頻率對鯽魚生長及品質的影響

劉星， 王繼濤， 虎治軍， 劉艷， 穆曉國， 張海軍， 張達林， 安磊， 葉林

（寧夏大學農學院，銀川 750021）

魚菜共生系統是多學科融合的一種循環水產養殖新模式，是以自然生態循環理念為基礎，將水產養殖與無土栽培互利結合的復合型生產系統。魚菜共生系統具有綠色健康、可持續性等特征，被認為是一種生態型農業技術[1-3]。在魚菜共生系統中，植物和魚類生長受諸多因素影響，包括魚菜種類、種養密度、投喂頻率、飼料營養成分以及水培組件等[4-6]。在整個魚菜共生系統中，飼料是營養物的主要來源，合適的投喂頻率是影響魚類飼養效果的關鍵；養殖密度也是影響魚類生長的重要因素，因此，植物種植密度是魚菜共生系統最佳養分回收利用的關鍵設計參數。研究表明，適宜的投喂頻率不僅可以增加魚的產量，而且可以給蔬菜生長提供足夠的營養物質，同時合適的魚菜密度對整個共生系統的營養物質平衡起著重要作用[7-9]。由此可見，科學、合理的種養密度和投喂頻率不僅可以使整個魚菜共生系統營養物質協調運行，還可以發揮系統最大的生態和經濟效益。

針對魚菜共生系統下種養殖密度比例不清、投喂頻率不明的問題，本研究基于魚菜共生系統，設計生菜種植密度、鯽魚養殖密度和投喂頻率三因素三水平正交試驗，研究種養密度和投喂頻率對鯽魚生長及品質的影響，揭示不同種養密度和投喂頻率對魚菜共生系統下鯽魚生長及品質的影響，以期明確魚菜共生系統下種植密度、養殖密度和投喂頻率的最優組合方案。

1 材料和方法

1.1 試驗裝置及運行

本試驗在寧夏銀川市興慶區掌政鎮楊家寨村迎燕家園魚菜共生基地溫室進行。如圖1所示，試驗裝置主要由魚箱、增氧泵、多功能潛水泵、栽培槽以及PVC輸送管等構件組成。魚箱長×寬×高為55 cm×45 cm×32 cm（實際裝水50 L）；栽培槽由10個荷蘭桶（長×寬×高為23 cm×20 cm×30 cm）串聯組成，荷蘭桶內裝有陶粒，在桶內1/3處放置海綿片，海綿片上下分別放置直徑為5和20 mm的陶粒，不同規格的陶粒分層放置外加海綿，既可以固定植物根系、保持水分，又可以有效過濾養殖廢水中的漂浮物，為有益微生物提供合適的生存環境。栽培槽安裝在高出地面65 cm的苗床（長寬為5.8 m×1.1 m）上，魚箱置于地面，魚箱內放置魚缸增氧泵以及多功能潛水泵。多功能潛水泵接直徑為2.0 cm的PVC上水管，上水管接滴頭逐個對應荷蘭桶，保證每個滴頭出水量水流大小一致。栽培槽下部接回流管，用直徑4.0 cm的PVC管將荷蘭桶逐個連接，一端封閉，一端連接魚箱，整個養殖水流經荷蘭桶，經過植物和陶粒雙重過濾后，在重力的作用下回流至魚箱，形成閉循環系統。魚箱上配置塑料網和木制蓋板，塑料網格直徑1 cm，投喂飼料時無需揭開網格即可投喂，防止魚類因搶食而跳出魚箱；塑料網格上加蓋木制蓋板，不僅起到雙重保護的作用，還可以遮陰避光，抑制有害藻類生長，保護水體健康。試驗過程中除補充因蒸發、蒸騰作用散失的水分以外，魚菜共生系統與周圍環境無水體交換。試驗開始前，用高錳酸鉀溶液對裝置進行徹底消毒，曬干后往已消毒的養殖池中加水、通電運行裝置，曝氣3 d后，定植生菜。

圖1 試驗裝置結構Fig.1 Structure of test device

1.2 試驗材料

1.2.1 生菜品種 阿奎諾由瑞克斯旺出口公司提供。育苗35 d后，選取長勢較優的生菜進行定植。

1.2.2 試驗魚種 異育銀鯽“中科3號”由寧夏水產研究有限公司提供。試驗前對魚體進行消毒，暫養3周后，挑選體格健壯，生長力旺盛，質量為（150±20）g的鯽魚投放至魚箱。

1.2.3 魚飼料 商業漂浮型顆粒狀魚糧（表1），由寧夏水產研究所提供，試驗前已采用該種魚飼料投喂鯽魚2周，以避免鯽魚對魚飼料產生不適反應。

表1 試驗用商業魚糧成分Tab.1 Commercial fish food ingredients for the experiment

1.3 試驗設計

首先對種植密度（A，株·m?2）、養殖密度（B，kg·m?3）和投喂頻率（C，次·d?1）進行單因素預試驗以確定試驗因子范圍。設計種植密度分別為28（A1）、42（A2）和56（A3）株·m?2；養殖密度分別為：8（B1）、10（B2）和12（B3）kg·m?3；飼料投喂頻率分別為1（C1，投喂時間為8：00）、2（C2，投喂時間為8：00、17：00）和 3（C3，投喂時間為 8：00、12：30、17：00）次·d?1，日投喂飼料按照魚體質量2%來計算。根據預試驗設計試驗組合，共計9個處理，詳見表2。每個處理重復3次，每個重復采用一個魚箱串聯連接10個荷蘭桶組成一個魚菜共生微循環系統。

表2 試驗處理組合Table 2 Combination of experiment

1.4 測定指標與方法

采用溫度計于每天早、中、晚現場測量魚箱水體溫度；每5 d對魚箱pH、溶解氧（dissolved oxygen，DO）和電導率（electrical conductivity，EC）進行測定；水體取樣時間為上午10:00，取樣位置為魚箱中部。

采用pH檢測儀（PH-281，杭州陸恒生物科技有限公司）測定pH；采用筆式溶氧儀（RDB-20，青島聚創環保集團有限公司）測定DO；采用電導率儀（CD-289，廣州市銘睿電子科技有限公司）進行EC測定。

試驗開始和結束時，將魚饑餓24 h后，測定初始體質量（initial body weight，IBW）、末體質量（final body weight，FBW）、體長和體寬。試驗結束后對魚進行解剖，取其內臟，用分析天平測定肝臟鮮重，計算肝體指數和臟體指數。水分采用105℃烘箱恒溫干燥法[10]進行測定；灰分采用馬福爐650℃高溫灼燒法[11]測定；粗蛋白采用全自動凱式定氮法[12]測定；粗脂肪采用索氏抽提法[13]測定。相關參數計算公式如下。

式中,N1為初魚尾數（尾）；N2末魚尾數（尾）；W1為魚初體質量（g）；W2為魚末體質量（g）；t為飼喂天數（d）；FI攝食飼料總量（g）；Wh為每尾魚末肝臟質量（g）；Wv為每尾魚末內臟質量（g）；Wb為每尾魚末體質量（g）；L為每尾魚末體長（cm）；P為飼料蛋白質含量（%）。

1.5 數據處理

數據先用Excel 2019進行處理，后采用SPASS 22.0數據處理軟件進行方差分析，Duncan新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同處理基礎水質情況

試驗期內各處理的基礎水質情況如表3所示。在整個系統循環運行35 d、試驗期間不換水的條件下，各處理水溫穩定（22.47～25.33℃），水質呈弱堿性（pH 7.71～8.01），且每個魚箱均放置規格相同的增氧泵，因此，系統溶解氧含量穩定在9.10～9.31 mg·L?1，EC 為 0.31～0.40 mS·cm?1。綜上所述，魚菜共生系統中營養物質的產生具有可持續性，EC 保持在 0.30～0.60 mS·cm?1，在此環境下魚、菜均生長良好[14]。

表3 養殖期間的溶解氧含量、pH、電導率和溫度Table 3 Content of dissolved oxygen、pH 、EC and temperature during culture period

2.2 不同處理對鯽魚生長性能及產量的影響

由表4可知，養殖密度對鯽魚的增重率和特定增長率有顯著影響(P＜0.05)，均隨著養殖密度的增加而減小；投喂頻率和種植密度對鯽魚體質量增加有顯著影響(P＜0.05)，鯽魚增重率隨著投喂頻率增加而增加，但隨著種植密度的增加而減小。由極差分析可知，3種因素對特定生長率的影響排序為B＞A＞C，最佳水平均為B1；對增重率的影響排序為B＞A＞C，其最佳水平也為B1；對增重量的影響排序為：C＞A＞B，其最佳水平均為C3。

表4 鯽魚生長性能及產量的極差分析Table 4 Range analysis of growth performance and yield range of crucian carp

分析不同處理下鯽魚的生長性能和產量，結果（表5）表明，9個處理鯽魚的存活率均為100%；T3處理鯽魚的增重量最高，為303.56 g；T4處理鯽魚的增重率和特定生長率最高，分別為61.91 g和1.37%。綜上所述，T4處理更有利于鯽魚的生長及增產。

表5 不同處理下鯽魚的生長性能及產量Table 5 Growth performance and yield of crucian carp under different treatments

2.3 不同處理對鯽魚飼料利用的影響

由表6可知，養殖密度對鯽魚攝食率影響極顯著(P＜0.01)，隨著養殖密度的增加鯽魚攝食率降低；養殖密度對飼料系數影響顯著(P＜0.05)，隨著養殖密度的增加飼料系數增加；投喂頻率和種植密度對鯽魚蛋白質效率影響顯著(P＜0.05)，鯽魚蛋白質效率隨著投喂頻率的增加而增加，但隨著種植密度的增加而減小。極差分析表明，3種因素對攝食率的影響排序為B＞C＞A，最佳水平均為B1；對飼料系數的影響排序為B＞A＞C，最佳水平均為B1；對蛋白質效率的影響因子排序為C＞A＞B，最佳水平為C3。進一步分析不同處理下鯽魚的攝食率、飼料系數和蛋白質效率，結果（表7）表明，T1處理鯽魚的攝食率最高，為1.52%；T4處理鯽魚的飼料系數最優，為1.16%；T3處理鯽魚的蛋白質效益最高，為3.87%。綜合極差分析和試驗結果，T4處理更有利于鯽魚的生長及增產。

表6 鯽魚飼料利用的極差分析Table 6 Range analysis of feed utilization range of crucian carp

表7 不同處理下鯽魚的飼料利用Table 7 Feed utilization of crucian carp under different treatments

2.4 不同處理對鯽魚形體指標的影響

由表8可知，種養密度和投喂頻率對肥滿度、肝體指數、臟體指數均無顯著影響(P＞0.05)。極差分析表明，3種因素對肥滿度的影響排序為C＞A＞B，最優水平均為C3；對肝體指數的影響排序為A＞C＞B，最優水平為A2；對臟體指數的影響排序為C＞A＞B，最優水平為C3。分析不同處理下鯽魚的形體指標，結果（表9）表明，T7處理鯽魚的肥滿度最優，為2.73%；T5處理鯽魚的肝體指數最高（4.66%），T2處理鯽魚的肝體指數最低（2.26%）；T5處理鯽魚的臟體指數最高。綜合極差分析和不同處理的形體指標，T5處理鯽魚的形體指標較優。

表8 鯽魚形體指標的極差分析Table 8 Range analysis of crucian carp body index

表9 不同處理下鯽魚的形體指標Table 9 Body index test of crucian carp under different treatments （%）

2.5 不同處理對鯽魚肌肉成分的影響

由表10可知，投喂頻率對鯽魚肌肉中水分含量影響極顯著(P＜0.01)，對鯽魚肌肉中粗蛋白質、粗脂肪和粗灰分含量影響不顯著；當投喂頻率為2次·d?1時鯽魚肌肉中水分含量最高。極差分析（表10）表明，3種因素對鯽魚肌肉中水分含量的影響排序為C＞B＞A，最優水平為C2；對鯽魚肌肉中粗蛋白質的影響排序為A＞B＞C，最優水平為A3；對鯽魚肌肉中粗灰分的影響排序為B＞A＞C，最優水平為B1。分析不同處理下鯽魚肌肉的營養成分，結果（表11）表明，T4處理鯽魚肌肉中水分含量最高，為76.65%；T5和T8處理鯽魚肌肉中粗蛋白質含量較高，均為17.60%；T9處理鯽魚肌肉中粗脂肪含量最高，達2.60%；T3和T4處理鯽魚肌肉中粗灰分含量較低，均為1.03%。綜合極差分析和試驗結果，T4處理下鯽魚肌肉營養成分較優。

表10 鯽魚肌肉營養成分的極差分析Table 10 Range analysis of muscle nutrients of crucian carp

表11 不同處理下鯽魚的肌肉營養成分Table 11 Muscle nutrient composition of crucian carp under different treatments （%）

3 討論

在魚菜共生系統中，魚類作為營養物質的生產者，其健康生長對魚菜系統正常運行起著至關重要的作用。Buzby等[15]認為，在魚菜共生系統中，合適的魚菜密度和投喂頻率十分重要。若魚菜比例不合適，將會對共生系統中營養物質的循環利用造成一定的影響：比例過高會導致水體營養過多，造成養分浪費，甚至產生水體富營養化；比例過低會導致營養物質不足，造成蔬菜和魚類減產。本研究表明，種養密度和投喂頻率對鯽魚增重量有顯著影響，當生菜栽培密度為28株·m?2時鯽魚增重量最大，與蔡淑芳等[16]的研究結果不一致，可能是由于其只涉及了栽培密度，而本試驗同時考慮了種植密度、養殖密度和投喂頻率對魚菜共生系統中鯽魚增重量的影響，且種植的蔬菜種類也存在差異。衛育良等[17]研究表明，不同投喂水平顯著影響紅鰭東方鲀幼魚的終末體重，不同投喂頻率間差異不顯著；而本研究表明，鯽魚增重量隨著投喂頻率的增加而增加，可能是由于本研究未設置投喂水平因素，僅設計了同一投喂水平下（按鯽魚初始體重2%來投喂）不同投喂頻率，且養殖魚種類也存在差異。袁新程等[18]研究顯示，低密度組養殖魚體質量的增長速度顯著大于高密度組。本研究表明，養殖密度對鯽魚生長性能影響顯著，當養殖密度為8 kg·m?3時鯽魚的增重率、特定生長率均高于養殖密度為10和12 kg·m?3處理，與前人研究結果一致。倪金金等[19]研究發現大口黑鱸的攝食率與養殖密度呈反比；本試驗結果也顯示，養殖密度對攝食率影響顯著，鯽魚的攝食率隨養殖密度的增加而減少。魚菜共生系統中，生菜的種植密度和鯽魚的養殖密度、投喂頻率對鯽魚形體指標無顯著影響，與潘偉平等[20]結果一致；與劉永士等[21]研究結果存在一定差異，可能是由于本研究中生菜的生育期較短，試驗整個周期僅為35 d；而劉永士的試驗周期為189 d，能夠更好地表現鯽魚的形體指標。楊育凱等[22]研究表明，不同投喂頻率的黃斑籃子魚幼魚肥滿度無顯著差異；本研究也發現不同投喂頻率的鯽魚肥滿度差異不顯著。

魚類肌肉營養成分中水分和粗脂肪含量能顯著影響魚類的肌肉質構特征[23]。本研究結果顯示，投喂頻率對鯽魚肌肉中水分含量有極顯著影響，與馬建忠等[24]研究結果相一致；養殖密度雖然對水分含量影響不顯著，但肌肉水分含量隨養殖密度的增加而升高，與檀晨曦[25]研究結果相一致；3種因素對鯽魚粗蛋白質、粗脂肪以及粗灰分含量均無顯著影響，但低養殖密度下鯽魚肌肉營養成分積累較好，與左騰等[26]研究結果相似，且投喂頻率為2次·d?1時鯽魚肌肉營養成分最優，與唐國盤等[27]研究結果一致。

本試驗表明，魚菜共生系統中生菜種植密度為42 株·m?2、鯽魚養殖密度為8 kg·m?3、投喂頻率為2次·d?1時，鯽魚的生長性能、飼料利用率、形體指標以及營養成分均較高。Trang等[28]認為，魚菜共生系統中魚類養殖密度為6～7 kg·m?3時，系統中營養物的生產和吸收可達到最佳平衡；蔡淑芳等[29]研究表明，蔬菜種植密度為45 株·m?2、魚類養殖密度和投喂頻率為10 kg·m?3和2 次·d?1時，氮素轉化效率較高，且水質較優，有利于魚菜生長，與本研究結果相似。試驗期間，各處理鯽魚存活率均為100%，說明9種處理方式均可滿足共生系統中鯽魚的生長，使整個系統健康運行。