魚菜共生立體栽培、氣霧栽培生態循環種植技術應用現狀及發展前景

張和順 田利華 勞棟添 江法源

摘 要：隨著社會的快速發展以及人口的增加，近年來我國農業耕地面積日益減少，耕地污染形勢日趨嚴重，人們對農產品質量安全，對環境生態循環種植及安全、綠色、無污染、有機種植的蔬菜提出了更高的要求，因此魚菜共生立體栽培、氣霧栽培生態循環種植技術有廣闊發展前景。該文對魚菜共生立體栽培、氣霧栽培生態循環種植技術的應用現狀及發展前景進行了分析，以期促進魚菜共生立體栽培、氣霧栽培生態循環種植技術的推廣應用。

關鍵詞：魚菜共生;立體栽培;氣霧栽培;現狀;發展前景

中圖分類號 S953.9 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）05-0075-03

魚菜共生立體栽培、氣霧栽培生態循環種植技術是近年新興的蔬菜無土栽培技術，目前在我國應用規模較小，欠缺種植經驗。為了探討魚菜共生立體栽培、氣霧栽培生態循環種植技術的優缺點及應用價值，總結實踐經驗，為種植企業和農戶提供參考信息，2016年1月至2017年12月筆者所在項目組建立了約1000m2的立體式栽培種植設施，開展為期2年的試驗。

1 魚菜共生立體栽培、氣霧栽培生態循環種植技術背景

2018年中共中央、國務院印發《中共中央國務院關于實施鄉村振興戰略的意見》中指出，實施鄉村振興戰略，是黨的十九大作出的重大決策部署，是決勝全面建成小康社會、全面建設社會主義現代化國家的重大歷史任務，是新時代“三農”工作的總抓手。實施鄉村振興戰略，要把人力資本開發放在首要位置，暢通智力、技術、管理下鄉通道，造就更多鄉土人才，聚天下人才而用之。

1.1 國內 國內也有少數模仿外國技術開展的魚菜共生生產，主要問題在于沒有自己的技術方案和知識產權，使得生產受制于外國技術指導。同時，該項技術在國外的成功并不代表在國內能有效運作，例如不同的地方有不同的環境、氣候、種植蔬菜品種和養殖魚品種，這使得國外的生產模式和數據在國內并不一定能有效運行。

1.2 國外 在科研方面，國外各大學在魚菜共生課題上的試驗不足之處在于規模小、時間短。小型的種養規模在農業生產上難以獲取可以穩定的試驗數值，對大型生產的指導意義不大。同時，國外試驗的觀察期通常在1～3個月，而農業科學試驗本身就隨著季節氣候的變化而出現不同的觀察結果，因此使得相關文獻的參考意義也有限。

在實際生產方面，縱觀美國和澳大利亞的魚菜共生生產先驅，其特征在于人力成本高、產出差異性大以及生產過程有人工添加物。國外生產者多采用浮筏深水式（DFT）魚菜共生技術，這使得系統維護成本高，人力需求大，最終導致蔬菜成本高，難以推廣。例如，香港市面的魚菜共生蔬菜售價已為120港元/500g。與此同時，由于缺乏規范的操作步驟和生產種植標準，使得蔬菜品質不一，市場需求量大，產出不穩定，難以擴大生產規模。最后，傳統魚菜共生技術由于技術所限，仍需在系統中添加人工化學合成的試劑和營養液元素，以補充蔬菜所需的營養元素，并非有機綠色的種植生產模式。

2 魚菜共生立體栽培生態循環種植技術的應用

建設的模型包括種植架、養殖箱、微生物過濾等設備。種植架為雙層不銹鋼結構，搭設營養液膜水培設備6組，每組4m。養殖箱為2個容積為1t的水箱，可按4∶6的養殖比例養殖錦鯉和草魚50kg，提供50m2雙層蔬菜種植模型，滿足蔬菜生長量的需求。在魚菜共生循環水處理方面，項目應用4個硝化池和轉鼓過濾器循環魚糞便水質的處理方法，成功培育出硝化細菌，用以分解水體中的氨氮。

2.1 微生物處理養殖 選育了廣東開平地區的優生蠅種，通過吸引環境蠅種產卵的方式，既減少了環境中的害蟲數量，又運用了蠅蛆的特點，以農業生產廢物生產活體蛋白飼料和作為平衡水質的元素。與此同時，蠅蛆的養殖有助消耗農業廢棄物，豬糞、魚下腳料等均可作為蠅蛆的飼料，在生產過程中不但回收了污染物，更生產出了有經濟價值的有機肥。

2.2 規模化種植 第一階段，經過對魚類的養殖試驗篩選出2個品種對蔬菜生長具有非常好的效果;對30個蔬菜品種生長情況觀察，篩選出6個蔬菜品種在魚菜共生種植方面有特別好的生長效果。第二階段，摸索出魚菜共生水質的處理方法和魚糞便處理方法及規模養殖魚的數量，在生產中可以達到標準化種植。

2.3 生物降解 試驗過程中發現了很多實用價廉的農業生化過濾介質。生化介質是用于硝化細菌附著的介質，使得硝化細菌能在水中順利將氨氮分解成為能被植物直接吸收的硝酸鹽。市面上的傳統生化介質價格十分高昂。課題組經過論證和研究，發現廢棄蠔殼和陶粒均為效果極佳的硝化介質，為農業生產中的水處理提供了可以推廣普及的解決方案;研究了蚯蚓養殖技術，將蚯蚓養殖引入魚菜共生體系中，使蚯蚓協助分解魚糞和殘余飼料等大分子廢物，從而有助微生物分解，促進蔬菜吸收營養物質。

2.4 營養生態平衡 在傳統魚菜共生的生產中，由于魚糞營養比例問題，需要人為添加化學肥料，例如螯合鐵和氯化鉀元素等。而研究組在2年的攻堅過程中，研究提取益生菌，以益生菌發酵技術發酵水果皮、廢棄的蔬菜葉、花生麩等生活廢料，并以發酵的自然產物逐步取代化學肥料的添加，實現了純天然的有機生產體系。課題組現已能通過不同有機發酵液的精確調控，滿足蔬菜生長中的營養平衡和比例所需。

2.5 優選適合的魚類和蔬菜品種 現以生態循環方式進行生產試驗，養殖了錦鯉、草魚、羅非魚，密度達到工廠化生產標準。在蔬菜生產方面，課題組選取了具有水培特色的蔬菜品種進行品種對比種植試驗，現階段總結培育了10種特別適宜魚菜共生的蔬菜品種，其中有水口白菜、生菜、珍珠介菜、奶油生菜、奶白小皇菜、小白菜、菜心、空心菜、魚腥草、臺灣西洋菜。

2.6 蔬菜育苗 魚菜共生系統中定植的蔬菜相對于傳統蔬菜具有更高的要求。首先，菜苗要具有較強的吸收能力，保證蔬菜在相對傳統營養液肥量較少的魚菜共生系統中仍能吸收其中的養分。其次，菜苗要有較強的水培適應能力，能適應移植后的環境改變，如EC值、pH和滲透壓差等。最后，蔬菜需要有較強的耐低氧能力，以應對夏季極端天氣水溶氧低的問題。

2.7 環境調控 傳統魚菜共生或水培均以單一的種植方法栽培，缺點是不能適應四季氣候的變化和不同蔬菜對環境的要求。課題組在試驗過程中不斷探索新的種植方法，包括浮筏式（DFT）、營養液膜式（NFT）和氣霧栽培，其中更研發了空氣液模式（AFT）和極淺基質培等多種種植方法，以適應廣東省夏季高溫種植難的情況。另外，課題組率先提出了標靶供水的概念，經過長達1年的試驗，統計顯示了在特定情況下水培蔬菜供水的時間差和生長情況的關系。

3 魚菜共生氣霧栽培生態循環種植技術的應用

在設施的搭建上，高強度的泡沫定植板被傾斜鋪設在縱截面為三角形的種植架上，使種植架中間形成一個被稱為氣霧室的密閉空間，并在其中安裝氣霧噴頭。株高8cm的菜苗以海綿固定在泡沫定植板的孔洞上，使得蔬菜的根系裸露在氣霧室中，氣霧室定時噴灑營養液，使蔬菜獲取足夠的水分、氧氣及營養元素。

3.1 種植方式 相對于傳統水培而言，氣霧栽培直接將霧狀的養魚營養液噴灑在蔬菜根部，所需積存的營養液少，節省了約60%的用水量和肥量，提升了營養液的運用率和精準度。未能被利用的霧化營養液將被收集，經紫外光殺菌后再次被利用，直至其導電率低于水培指標值時更換。根據實踐經驗，通常在1～2年的葉菜種植周期中均無需更換養魚的水。此外，氣霧栽培技術采用間歇式氣霧噴灑，無需連續運作，耗電量低。

3.2 蔬菜生長速率 氣霧栽培的特點在于讓根系暴露在空氣中獲取足夠的氧氣進行呼吸作用，從而優化了根系環境，提升了根系的生長速率和吸收速率。實踐發現，葉菜類蔬菜根系生長十分發達，如生菜的根系最長達1m，是傳統水培的2～3倍。發達的根系增加了蔬菜對營養液的吸收面積，使得蔬菜在根系強大的吸收作用下，生長速率大幅提升，相對于傳統浮筏式水培，葉菜類的生長周期縮短了1/5。

3.3 空間利用率 塔式氣霧栽培是通過把蔬菜定植在傾斜的強化泡沫板上進行種植，讓種植空間傾斜向上發展，使種植面積相對于水平種植提升了1倍，有利于充分利用智能溫室內的空間和提升產量。此外，氣霧栽培在人工條件下進行集約化生產，人工控制環境，無需土壤和基質，對環境惡劣地區乃至遠洋航海船舶的蔬菜供應有著重要意義。

3.4 存在的缺點及改進方法 氣霧栽培管理精細，維護成本高。因為營養液要經過氣霧噴頭霧化，而噴孔非常細微，因此營養液在噴灑前需要被過濾以防止噴頭堵塞，建議過濾條件為400目。此外，噴頭在長期運作下會累積污垢，如果不及時清理，同樣有可能造成堵塞，影響生產。因此，在每個葉菜種植周期都要拆卸氣霧噴頭進行清洗，并在拆卸噴頭后啟動設備噴灑清水，從而沖出積累在管道和噴頭上的雜質。

3.5 衛生條件 因氣霧室是一個密閉空間，陰暗潮濕，如果管理不當，則有可能滋生細菌和真菌，影響蔬菜的正常生長，因此在管理中應注意2點：安裝紫外光燈滅菌器，保證所有養魚水中的營養液在進入氣霧室前均經過消毒，防止病害傳播;在每個生產周期收獲后都要打開定植板，晾曬定植板和氣霧室3d，既能通過陽光殺菌，也能干燥定植板，從而破壞細菌滋生的條件。

3.6 適應性 在定植方面，因需要以海綿包裹菜苗，然后固定在泡沫板的孔洞中，因此定植時有可能出現折損。建議不同的蔬菜應選定不同的階段定植，保證其莖部已成長到足夠的硬度和韌度，通常蔬菜株高為8cm時均適宜被定植。此外，氣霧栽培使蔬菜被立體傾斜種植，故蔬菜需要適應該種植角度。實踐發現，空心菜和廣東菜心對傾斜立體種植的適應性不佳。在種植方面，不同蔬菜對水培的適應性也存在不同，實踐中以小白菜、芥菜和生菜的傳統水培蔬菜品種的生長情況最佳，且生長期相對傳統水培更短，因此在實際生產時應試種各種蔬菜，篩選適應性最好的蔬菜進行氣霧栽培，才能最大發揮其優勢。

4 發展前景

我國農業蔬菜生產耕地面臨嚴重的污染以及耕地面積越來越小的變化，魚菜共生氣霧栽培生態循環種植技術是一種新型的復合耕作體系，其將水產養殖與水耕栽培這2種原本完全不同的農耕技術，通過巧妙的生態設計，達到科學的協同共生，從而實現養魚不換水而無水質憂患，種菜不施肥而能正常生長的生態共生效應。魚菜共生氣霧栽培讓動物、植物、微生物三者之間達到一種和諧的生態平衡關系，是未來可持續循環型零排放的低碳生產模式，更是有效解決農業生態危機的有效方法。

通過魚菜共生系統各階段的試驗研究，表明運用魚、植物、微生物間、益生菌的平衡相生，可以使有效的水資源最大化地利用于養殖與種植，特別是養殖過程中魚類排泄物與飼料殘渣是養殖水污染惡化的主要誘因，將蚯蚓養殖引入魚菜共生系統中，使蚯蚓協助分解魚糞和殘余飼料等大分子廢物，從而有助微生物分解，促進蔬菜吸收營養物質。這對于高密度節水型的工廠化養殖來說是一個關健性的技術問題，如果沒有卓著的水處理能力，是難以做到水資源的循環利用。在常規的工廠化養魚過程中，通常以結合物理、化學綜合處理方法來解決，這雖能有效修復水質，但成本過高，除了涉及到相關設備與設施外，運行成本及電費也是一筆不小的投入。針對這些問題，課題組采取植物與微生物的生物處理方法來取代原來的氨氮等污染物處理的物理化學裝備，既可以降低成本，又可以使生產更方便，管理更簡單，減免了繁瑣的設備操作與管理，讓工廠化種養輕松且綠色，與微生物及植物技術有機相結合，形成一種特有的養殖種植模式，這也是研究魚菜共生系統主要目標。魚菜共生系統是當前工廠化養殖種植過程中，投入成本最低的一種集約化現代化種養結合生產模式。

魚菜共生立體栽培、氣霧栽培生態循環種植技術是一種全新的現代化科技生態農業項目，運用封閉式水產養殖技術、蚯蚓養殖技術和水循環種植技術，搭建一個環保節能、生態有機、安全健康、無污染、無公害的魚菜共生氣霧栽培系統，在養殖和種植生產過程中，充分發揮自然有機的生產優勢，均不使用農藥、化肥、抗生素等有害物質，保證農產品安全、綠色、優質、有機、健康。該系統將是有機農業、綠色農業、創新農業和科技農業的發展前景。

參考文獻

[1]張和順.工廠化蔬菜氣霧栽培技術[J].中國農業信息，2017（3）：90-91.

[2]徐偉忠.新型魚菜共生系統項目[Z].麗水市農業科學研究所，2007（5）.