魚菜共生系統氣霧栽培模式的構建

凌利宏，黃丹青，張 蕊

(安徽大地智慧農業科技有限公司,安徽合肥 230031)

魚菜共生系統是一種結合水產養殖和蔬菜種植的復合型生態系統，通過植物對養殖水中氮元素的富集，在凈化水體的同時完成了營養物質的循環利用，實現了養魚不換水、種菜不施肥的理想生態生產狀態，符合當下“生態文明、綠色發展”的現代農業新要求。魚菜共生理念與實踐可追溯至20世紀之前，當時的農民會在稻田里養魚，用魚糞來肥沃田地；隨著科學技術的進步，UVI和NCSU魚菜共生系統研究應運而生；在當下全球資源緊張及環境污染問題突出的嚴峻形勢下，魚菜共生技術開始高速發展，其市場也快速擴大，現今魚菜共生系統已不僅局限于傳統的農業養殖產業，而是開始進入都市農業、都市及家庭的景觀應用之中。魚菜共生系統具有生態高效、節能減排的優勢，在現代農業生產及水產養殖水體修復中都將發揮重要作用。

魚菜共生系統是由植物、水生動物、微生物組成的小型生態系統，水生動物的糞便及飼料殘渣中的含氮物質經過微生物的硝化作用轉化成植物體生長發育所需要的硝酸鹽，在氨氮循環過程中養殖水得到了凈化，水生動物、微生物、植物三者實現生態平衡。而氣霧栽培技術是一種新型的無土栽培技術，它讓植物擺脫了土壤、水及重力的限制，使立體化種植成為可能，保證了植物對溫度、光、水、氣營養物質的最大化利用，創造了工廠化集約化生產的最佳模式。該研究的魚菜共生系統氣霧栽培模式即利用氣霧栽培技術實現魚菜共生系統生態循環，通過霧化設備營造氣霧環境，為植物處在密閉處的懸空根系提供養分以維護其生長發育，提高有機物轉化效率，降低病害發生率，促進植物產量、質量的提升，同時借助植物根系的凈化增氧作用實現水體更新循環，維護魚類生長環境。

1 魚菜共生系統分類

根據循環模式的差異可將魚菜共生系統分為開環模式和閉鎖模式。開環模式是指種植池與養殖池之間形成開路，養殖池排放的廢水直接輸送到蔬菜種植系統，不發生回流和自循環，當養殖水發生消耗時便注入新水。閉鎖模式相比開環模式更加節能環保，養殖水經過硝化處理和微生物凈化后，氨氮物質轉化為供應植物生長的硝酸鹽，植物根系在吸收營養物質的過程中對養殖水進行了生物過濾，經植物吸收凈化后的水再次輸送入養殖池中，形成水從養殖池進入種植池、再返流入養殖池的閉鎖模式。

根據植物種植方式可將魚菜共生系統分為基質栽培、深水栽培和氣霧栽培模式。基質栽培中的基質一般包括陶粒、礫石等具有天然過濾作用的物質，將植物種植于基質中，基質便可以對養殖水中的殘渣廢物進行附著過濾分解轉化為營養物質，用以維持植物的生長；在深水栽培模式下的植物栽植于浮閥如PVC管或泡沫板上，植物隨浮閥漂浮于種植池上，其根系完全沉浸水體中以吸收營養，養殖水經處理池凈化后再引流入種植池中；氣霧栽培模式和深水栽培模式的區別在于種植池的設計，根據霧培技術原理，將水培種植池更換為密閉不透光的霧化池，養殖水經凈化后進入霧化池實現植物的霧化供養。

2 魚菜共生系統氣霧栽培模式的構建

魚菜共生系統氣霧栽培模式即將氣霧栽培技術應用于魚菜共生系統，這種模式可以提高水資源利用率，植物根系處于霧化環境中，吸收養分面積最大，只需基質培、水培1/10的用水量便可以完成相同生物量的增長；利用霧培技術可以提高魚菜共生系統的空間利用面積，實現立體化種植，相比基質培、水培單位面積產量更大，凈化水體效率更高；在霧化過程中有更多的氧氣融入水中，便于為養殖水增氧，為水生動物提供更佳的生存環境。 霧培模式下的魚菜共生系統，可以大大提高農業生產的集約化和工業化程度，使高效種植與無憂養魚在同一時空進行，投喂的飼料作為水生動物的生長能量，產出的糞便及食物殘渣則成為微生物的轉化能源，再經過濾池與植物吸收形成良性生態系統，霧培技術的應用使魚菜共生系統更為高效、簡易、方便管理，也提高了魚類、蔬菜的產量、品質。

魚菜共生系統氣霧栽培模式可由種植系統、養殖系統、凈化系統、管道系統共同構建而成(圖1)。種植系統用于種植植物，包括噴霧供液池與種植面板，噴霧供液池用于收集凈化水并供給噴霧管道，種植面板上均勻設有放置種植籃的孔槽。養殖系統用于飼養水生動物，主要為養殖池。凈化系統在整個系統中起廢物隔離及物質轉化的作用，包括過濾裝置和硝化池，過濾裝置可以由濾網或過濾器組成，借助機械過濾作用可以實現對養殖水中的食物殘渣、糞便等污物的分離清除，硝化池用于培養凈化富營養水、完成硝酸鹽物質生成的硝化細菌，一般以珊瑚石、生物棉等為轉化載體。管道系統是連接種植系統、養殖系統、凈化系統的關鍵環節，包括吸污管、處理水輸送管、植物種植噴霧管、回流管等，養殖廢水通過吸污管、輸送管到達噴霧管，形成噴霧為植物根系提供養分，再經回流管返送至養殖池中，在管道系統的作用下，完成了養殖水與種植水的交換利用，形成了微生物、植物、動物和諧共生共存的良性生態關系。

圖1 魚菜共生系統組成Fig.1 Composition of fish-vegetable symbiotic system

魚菜共生系統氣霧栽培模式由水生動物養殖池、瓜果蔬菜種植池、管道循環系統、過濾硝化池、霧噴設備、水泵、紫外線滅菌燈等組成。維持魚菜共生系統健康運營的關鍵之一在于計算好種植與養殖之間的比例，科學合理的魚菜比例才能保證魚、菜、細菌三者的動態平衡，一般來說按每1 m種植面積對應魚體種類為5 kg，魚菜比例過大會導致水體凈化效果變差，過小會影響蔬菜生長，因此要及時從魚類及植物的生長發育情況判斷系統是否達到平衡。

在確定好合適的魚菜種養比例后便可以開始進行魚菜共生系統氣霧栽培模式循環系統的構建，魚菜共生系統的水循環依賴于管道的鋪設與設計，養殖池廢水由吸污管進入過濾硝化池，廢水在池中受過濾及微生物分解作用得到凈化后，由連接的輸送管進入噴霧供液池，供液池與噴霧管道連接，凈化水經霧化后被植物吸收，隨后回流水沿著連接的回流管道返回至養殖池中。魚菜共生系統的管道選材一般采用經濟的PVC管，結實耐用，水泵是管道的動力來源，基本上功率宜大不宜小，以4 000～5 000 W為佳，噴霧管一般選材為25PVC管，管上需安裝“十”字彌霧噴頭，用于均勻霧化效果。

魚菜共生系統的種植系統與養殖系統的構建，可根據使用場景的不同進行分類。如是用于大規模的農業、漁業生產，養殖池、種植池可選用發泡水泥進行施工建設；如是用于都市、庭院景觀研學等，養殖池可選用透明玻璃或者亞克力材料制成的魚缸，種植池材料可以選用不透光的擠塑板、亞克力板等，而種植面板選用設有均勻栽植孔的泡沫板，便于控制植物種植密度與養護管理。

魚菜共生系統的凈化效果主要與濾材和過濾器有關，常見濾材包括毛刷、藤棉、珊瑚石、陶瓷環等，除了起到機械過濾的作用外，這些濾材還可以附著硝化細菌，能夠快速分解魚糞及飼料殘渣，凈化水質，為了進一步抑制水體藻類生長，可在養殖池中安裝防水的紫外線燈用于殺菌。

在安裝好魚菜共生系統設備后，可先進行蔬菜栽培，蔬菜大多選擇低需肥量的葉菜類植物如菠菜、生菜、空心菜等，將菜苗固定于種植面板上，開啟設備，待蔬菜進入生長階段時便可投放魚苗，魚類多選用鯽魚、鯉魚、羅非魚等，在投、養魚時應注意做到投前消毒、控制密度、少喂多餐、定期換水，為了方便管理，可采用自動喂食器定時定量投放飼料。在系統運行過程中，避免使用化學藥物如抗生素、酵素、農藥等。為了維護系統水體循環，需每天向養殖池中引入10%左右的凈水用于補償蔬菜、魚體消耗用水。如遇到植物生長中缺乏微量元素的情況，可在魚飼料中添加相應元素，通過魚消化飼料、植物再吸收這種生物循環的方式予以補充。為了保障系統的穩定運行也要關注氣候和環境的影響，通過控制溫室通風、控溫、補光等智能化系統調節溫、光、濕度等指標，以營造最佳的生物生存環境。

魚菜共生系統氣霧栽培模式具有高效優質、生態環保、操作簡便的特點，可以應用于現代農業的規模化生產中，也可以發掘出多元化的功能，如以休閑農業、都市庭院景觀的形式豐富城市人們的生活，實現系統與第三產業如教研、文娛的融合，通過建造魚菜共生系統觀光體驗園、家庭式魚菜共生系統裝置的設計以滿足人們對自給自足的田園生活的向往，久在都市叢林中生活的人們通過種菜養魚、采摘設備這種返璞歸真的勞作體驗，既能收獲健康無公害的農、漁產品，又能緩解由于都市高壓工作和生活帶來的焦躁情緒?，F代智慧農業經濟形態的發展離不開物聯網技術的支持，借助信息傳感設備的智能化識別、感應、控制功能，收集傳輸魚菜共生系統的全面數據，并對系統維護指標進行智能判斷調節，可以進一步實現智能化管理，降低使用門檻和推廣阻力。

魚菜共生系統氣霧栽培模式對于提高經濟收益、保護生態環境都起到積極作用，符合國家特色優勢農業及特色本土品牌的建設戰略趨勢。在魚菜共生系統的推廣應用中，可通過社交媒體、網絡平臺及專業人士進行宣傳講解、線上培訓，以提高人們對于魚菜共生系統的了解程度，便于推動技術發展。除了尋求社會公眾支持外，魚菜共生系統作為一項新型生產系統，也需要得到政府部門的政策支持，如設立專項資金、保險制度及基礎設施的完善等。

3 結語

相比于基質培或水培，魚菜共生系統氣霧栽培模式更加經濟高效，更易管理，產出產品優質、高量，具有綠色生態零排放的特點，適合作為現代農業推廣項目，應用于現代農業生產、休閑農業經營中。魚菜共生系統氣霧栽培模式采用先進的無土栽培模式，平衡了魚菜之間的供給需求關系，形成了系統水循環利用機制，實現資源利用率最大化，也對環境生態的維護起到積極作用。通過氣霧栽培與魚菜共生系統的技術嵌套，促進了農業科技創新進步，協調了農業經濟發展與資源和環境保護之間的關系，為生態農業體系的構建和養殖水體的修復提供了示范與參考。