闭环型鱼菜共生系统模式探讨

李志娟，高 帅，刘永好，耿云冲

（北京中农天陆微纳米气泡水科技有限公司，北京 101100）

自1970年澳大利亚园艺爱好者提出鱼菜共生理念[1]至今已有近50年，随着国内消费者对农产品安全、绿色、环保的要求越来越高，闭环型鱼菜共生系统吸引了大量农户，其作为未来城市中的生产模式也被众多专业人士看好，具有广阔的前景，是未来农业发展的“潜力股”。

目前，我国非自然水体水产养殖业主要采用土塘养殖和养殖桶养殖方式。随着绿色农业5大行动的正式实施，传统养殖模式需要向更加节能环保的方向转型。“闭环”的性质决定了系统使用循环水[2]，属于典型的节水生产模式，这与经常换水的传统渔业有本质上的区别。马子超等[3]为闭环型鱼菜共生系统设计了基于ZigBee的无线传感系统，为闭环型鱼菜共生系统未来的自动化开辟了一种可能途径。美国、欧洲大部分水产养殖研究机构都是采用温室内搭建闭锁环循环系统来完成水由鱼池到无土栽培槽过滤再返回鱼池中的一个循环过程，并通过多路循环设计对多种植物进行灌溉试验[4]。Knaus等[5]将尼罗罗非鱼、锦鲤和黄瓜、番茄、莴苣相互组合以筛选出生产效果最佳的闭环型鱼菜共生组合，研究结果表明罗非鱼与番茄、锦鲤与黄瓜组合效果最为理想。Fang等[6]在闭环型鱼菜共生系统采用基于藻类的水培法（AA）以提高植物对氮的利用率、达到更好的水质净化效果，试验结果表明植物的氮利用率提高了13.8%，N2O的排放降低了89.9%。

然而，鱼菜共生系统在实践中的效果并不理想，很多采用闭环型鱼菜共生系统的农场都遭受了损失，Bosma等[7]研究表明大部分农场亏损的原因是将水培蔬菜作为主要经济产物，而投入成本较高的水产养殖却成为了副产品。为此，本试验通过研究小型闭环型鱼菜共生系统模式实际运行情况及鱼菜生长情况对该生产模式做出评价，并初步探索了罗非鱼和生菜搭配合适的鱼菜比例，为未来大型工厂化鱼菜共生生产系统模式提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

罗非鱼（非洲鲫鱼）：选择经过拉网训练、体表完好、体格健壮、整齐均匀的健康苗种，规格在0.5 kg左右，由北京小汤山鱼种场提供鱼苗。

生菜（美国大速生）：中农天陆微纳米气泡水科技有限公司提供。

1.2 试验方法

试验于2017年10月在北京国际都市农业科技园田间超市搭建了落地式闭环型鱼菜共生系统（图1）。系统中有2个容积为2 m3的PVC养殖桶、1个容积为1.5 m3的过滤硝化池、1个2 m3容积的集水池、3个面积为3 m2的水培蔬菜区。

2018年6月25日在1.5 m3的过滤硝化池中放入2袋50 kg的生化浮球，打开充氧气泵，调节落地式鱼菜共生系统中水流速度平衡，保证系统正常运行。于2018年7—9月，进行不同鱼菜比例种养试验，每月1号在2个容积为2 m3的PVC养殖桶中各放入0.5 kg左右罗非鱼30条，每月3日开始喂料，每月末结束喂料。

7月2日在3 m2水培蔬菜区种植240棵苗龄20 d的生菜，鱼（条）菜（棵）比例1∶4；8月2日在6 m2水培蔬菜区种植480棵苗龄20 d的生菜，鱼菜比例1∶8；9月2日在9 m2水培蔬菜区种植720棵苗龄20 d的生菜，鱼菜比例1∶12。

1.3 调查项目及方法

以5 d时间为1个试验周期测试落地鱼菜共生系统PVC养殖桶中的水温、溶氧、pH值、氨氮、亚硝酸盐的含量和死鱼数量，观察记录落地式鱼菜共生系统水培蔬菜区中大速生菜的叶色（深绿、淡绿、淡黄、深黄），并于每月结束时称取生菜和罗非鱼质量。

2 结果与分析

2.1 落地式鱼菜共生系统中鱼菜比例为1∶4时的环境情况

由表1可知，随着时间的增加，养殖桶水温逐渐降低，溶氧升高，pH值相对稳定，氨氮和亚硝酸盐含量逐渐升高，死鱼数量较多，生菜叶色淡绿，说明该系统运转不正常，罗非鱼（条）和生菜（棵）搭配比例1∶4不合适。

图1 落地式闭环型鱼菜共生系统模式

2.2 落地式鱼菜共生系统中鱼菜比例为1∶8时的环境情况

由表2可知，随着时间的增加，养殖桶水温逐渐降低，溶氧相对稳定，pH值相对稳定，氨氮和亚硝酸盐含量逐渐降低，鱼和生菜生长良好，生菜叶色浓绿，死鱼数量少，说明该系统中过滤硝化池硝化反应逐渐发挥强大作用，该系统运转正常，说明罗非鱼（条）和生菜（棵）搭配比例1∶8比较合适。

2.3 落地式鱼菜共生系统中鱼菜比例为1∶12时的环境情况

由表3可知，虽然养殖桶随着时间的增加，水温逐渐降低，溶氧波动变化，pH值相对稳定，氨氮和亚硝酸盐含量迅速降低，说明该系统中过滤硝化池硝化反应逐渐发挥作用；但是后期死鱼数量增多而且生菜逐渐偏黄，推测是因为该系统中生菜多，鱼少，造成后期生菜所需的营养不能满足其生长需要，所以该系统后期运转不正常，说明罗非鱼（条）和生菜（棵）搭配比例1∶12不合适。

2.4 不同鱼菜比例对生菜和鱼生长的影响

由表4可知，鱼菜比为1∶8时，生菜叶色深绿，总产量最高；鱼的生长速度快，总质量高，较鱼菜比1∶4和1∶12时总质量分别提高119.70%和42.16%，且死鱼率低，是较合适的鱼菜比例。

3 结论与讨论

试验表明罗非鱼（条）和生菜（棵）的比例为1∶8比较适合落地式鱼菜共生系统正常运行，能够保证鱼和生菜的互利共生关系。本次试验不能排除7、8、9这3个月的温、光、热等环境条件的影响，因为养殖条件所限，所以这一结论还需进一步验证。

表1 落地式鱼菜共生系统鱼菜比例为1∶4时环境情况

表2 落地式鱼菜共生系统鱼菜比例为1∶8时环境情况

表3 落地式鱼菜共生系统鱼菜比例为1∶12时环境情况

表4 不同鱼菜比例对生菜和鱼生长的影响

试验通过在养殖桶中投喂鱼饲料，鱼类产生鱼粪及有机氮经过氨化作用生成氨氮；然后在过滤硝化池中经过亚硝化作用生成亚硝酸盐，亚硝酸盐经过硝化作用生成可被植物吸收的硝酸盐；最后硝酸盐流入水培蔬菜区经过蔬菜根系的吸收后变为净水回流到养殖桶。从而实现养鱼不换水而无水质忧患，种菜不施肥而正常成长的共生效应，让动物、植物、微生物三者之间达到一种和谐的生态平衡关系。

罗非鱼和生菜结合成闭环型鱼菜共生生产系统模式运行非常成功，该研究在小型鱼菜共生系统模式中收集的各项参数（鱼池水质、水培区水质、鱼菜增重、种养比例）将作为经验参数供未来大型鱼菜共生高密度养殖参考，闭环型鱼菜共生系统是极有研究和推广价值的绿色高密度水产养殖模式，其作为新兴的生产模式具有广阔的发展前景。