鱼菜共生系统下种养密度和投喂频率对鲫鱼生长及品质的影响

刘星， 王继涛， 虎治军， 刘艳， 穆晓国， 张海军， 张达林， 安磊， 叶林

（宁夏大学农学院，银川 750021）

鱼菜共生系统是多学科融合的一种循环水产养殖新模式，是以自然生态循环理念为基础，将水产养殖与无土栽培互利结合的复合型生产系统。鱼菜共生系统具有绿色健康、可持续性等特征，被认为是一种生态型农业技术[1-3]。在鱼菜共生系统中，植物和鱼类生长受诸多因素影响，包括鱼菜种类、种养密度、投喂频率、饲料营养成分以及水培组件等[4-6]。在整个鱼菜共生系统中，饲料是营养物的主要来源，合适的投喂频率是影响鱼类饲养效果的关键；养殖密度也是影响鱼类生长的重要因素，因此，植物种植密度是鱼菜共生系统最佳养分回收利用的关键设计参数。研究表明，适宜的投喂频率不仅可以增加鱼的产量，而且可以给蔬菜生长提供足够的营养物质，同时合适的鱼菜密度对整个共生系统的营养物质平衡起着重要作用[7-9]。由此可见，科学、合理的种养密度和投喂频率不仅可以使整个鱼菜共生系统营养物质协调运行，还可以发挥系统最大的生态和经济效益。

针对鱼菜共生系统下种养殖密度比例不清、投喂频率不明的问题，本研究基于鱼菜共生系统，设计生菜种植密度、鲫鱼养殖密度和投喂频率三因素三水平正交试验，研究种养密度和投喂频率对鲫鱼生长及品质的影响，揭示不同种养密度和投喂频率对鱼菜共生系统下鲫鱼生长及品质的影响，以期明确鱼菜共生系统下种植密度、养殖密度和投喂频率的最优组合方案。

1 材料和方法

1.1 试验装置及运行

本试验在宁夏银川市兴庆区掌政镇杨家寨村迎燕家园鱼菜共生基地温室进行。如图1所示，试验装置主要由鱼箱、增氧泵、多功能潜水泵、栽培槽以及PVC输送管等构件组成。鱼箱长×宽×高为55 cm×45 cm×32 cm（实际装水50 L）；栽培槽由10个荷兰桶（长×宽×高为23 cm×20 cm×30 cm）串联组成，荷兰桶内装有陶粒，在桶内1/3处放置海绵片，海绵片上下分别放置直径为5和20 mm的陶粒，不同规格的陶粒分层放置外加海绵，既可以固定植物根系、保持水分，又可以有效过滤养殖废水中的漂浮物，为有益微生物提供合适的生存环境。栽培槽安装在高出地面65 cm的苗床（长宽为5.8 m×1.1 m）上，鱼箱置于地面，鱼箱内放置鱼缸增氧泵以及多功能潜水泵。多功能潜水泵接直径为2.0 cm的PVC上水管，上水管接滴头逐个对应荷兰桶，保证每个滴头出水量水流大小一致。栽培槽下部接回流管，用直径4.0 cm的PVC管将荷兰桶逐个连接，一端封闭，一端连接鱼箱，整个养殖水流经荷兰桶，经过植物和陶粒双重过滤后，在重力的作用下回流至鱼箱，形成闭循环系统。鱼箱上配置塑料网和木制盖板，塑料网格直径1 cm，投喂饲料时无需揭开网格即可投喂，防止鱼类因抢食而跳出鱼箱；塑料网格上加盖木制盖板，不仅起到双重保护的作用，还可以遮阴避光，抑制有害藻类生长，保护水体健康。试验过程中除补充因蒸发、蒸腾作用散失的水分以外，鱼菜共生系统与周围环境无水体交换。试验开始前，用高锰酸钾溶液对装置进行彻底消毒，晒干后往已消毒的养殖池中加水、通电运行装置，曝气3 d后，定植生菜。

图1 试验装置结构Fig.1 Structure of test device

1.2 试验材料

1.2.1 生菜品种 阿奎诺由瑞克斯旺出口公司提供。育苗35 d后，选取长势较优的生菜进行定植。

1.2.2 试验鱼种 异育银鲫“中科3号”由宁夏水产研究有限公司提供。试验前对鱼体进行消毒，暂养3周后，挑选体格健壮，生长力旺盛，质量为（150±20）g的鲫鱼投放至鱼箱。

1.2.3 鱼饲料 商业漂浮型颗粒状鱼粮（表1），由宁夏水产研究所提供，试验前已采用该种鱼饲料投喂鲫鱼2周，以避免鲫鱼对鱼饲料产生不适反应。

表1 试验用商业鱼粮成分Tab.1 Commercial fish food ingredients for the experiment

1.3 试验设计

首先对种植密度（A，株·m−2）、养殖密度（B，kg·m−3）和投喂频率（C，次·d−1）进行单因素预试验以确定试验因子范围。设计种植密度分别为28（A1）、42（A2）和56（A3）株·m−2；养殖密度分别为：8（B1）、10（B2）和12（B3）kg·m−3；饲料投喂频率分别为1（C1，投喂时间为8：00）、2（C2，投喂时间为8：00、17：00）和 3（C3，投喂时间为 8：00、12：30、17：00）次·d−1，日投喂饲料按照鱼体质量2%来计算。根据预试验设计试验组合，共计9个处理，详见表2。每个处理重复3次，每个重复采用一个鱼箱串联连接10个荷兰桶组成一个鱼菜共生微循环系统。

表2 试验处理组合Table 2 Combination of experiment

1.4 测定指标与方法

采用温度计于每天早、中、晚现场测量鱼箱水体温度；每5 d对鱼箱pH、溶解氧（dissolved oxygen，DO）和电导率（electrical conductivity，EC）进行测定；水体取样时间为上午10:00，取样位置为鱼箱中部。

采用pH检测仪（PH-281，杭州陆恒生物科技有限公司）测定pH；采用笔式溶氧仪（RDB-20，青岛聚创环保集团有限公司）测定DO；采用电导率仪（CD-289，广州市铭睿电子科技有限公司）进行EC测定。

试验开始和结束时，将鱼饥饿24 h后，测定初始体质量（initial body weight，IBW）、末体质量（final body weight，FBW）、体长和体宽。试验结束后对鱼进行解剖，取其内脏，用分析天平测定肝脏鲜重，计算肝体指数和脏体指数。水分采用105℃烘箱恒温干燥法[10]进行测定；灰分采用马福炉650℃高温灼烧法[11]测定；粗蛋白采用全自动凯式定氮法[12]测定；粗脂肪采用索氏抽提法[13]测定。相关参数计算公式如下。

式中,N1为初鱼尾数（尾）；N2末鱼尾数（尾）；W1为鱼初体质量（g）；W2为鱼末体质量（g）；t为饲喂天数（d）；FI摄食饲料总量（g）；Wh为每尾鱼末肝脏质量（g）；Wv为每尾鱼末内脏质量（g）；Wb为每尾鱼末体质量（g）；L为每尾鱼末体长（cm）；P为饲料蛋白质含量（%）。

1.5 数据处理

数据先用Excel 2019进行处理，后采用SPASS 22.0数据处理软件进行方差分析，Duncan新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理基础水质情况

试验期内各处理的基础水质情况如表3所示。在整个系统循环运行35 d、试验期间不换水的条件下，各处理水温稳定（22.47～25.33℃），水质呈弱碱性（pH 7.71～8.01），且每个鱼箱均放置规格相同的增氧泵，因此，系统溶解氧含量稳定在9.10～9.31 mg·L−1，EC 为 0.31～0.40 mS·cm−1。综上所述，鱼菜共生系统中营养物质的产生具有可持续性，EC 保持在 0.30～0.60 mS·cm−1，在此环境下鱼、菜均生长良好[14]。

表3 养殖期间的溶解氧含量、pH、电导率和温度Table 3 Content of dissolved oxygen、pH 、EC and temperature during culture period

2.2 不同处理对鲫鱼生长性能及产量的影响

由表4可知，养殖密度对鲫鱼的增重率和特定增长率有显著影响(P＜0.05)，均随着养殖密度的增加而减小；投喂频率和种植密度对鲫鱼体质量增加有显著影响(P＜0.05)，鲫鱼增重率随着投喂频率增加而增加，但随着种植密度的增加而减小。由极差分析可知，3种因素对特定生长率的影响排序为B＞A＞C，最佳水平均为B1；对增重率的影响排序为B＞A＞C，其最佳水平也为B1；对增重量的影响排序为：C＞A＞B，其最佳水平均为C3。

表4 鲫鱼生长性能及产量的极差分析Table 4 Range analysis of growth performance and yield range of crucian carp

分析不同处理下鲫鱼的生长性能和产量，结果（表5）表明，9个处理鲫鱼的存活率均为100%；T3处理鲫鱼的增重量最高，为303.56 g；T4处理鲫鱼的增重率和特定生长率最高，分别为61.91 g和1.37%。综上所述，T4处理更有利于鲫鱼的生长及增产。

表5 不同处理下鲫鱼的生长性能及产量Table 5 Growth performance and yield of crucian carp under different treatments

2.3 不同处理对鲫鱼饲料利用的影响

由表6可知，养殖密度对鲫鱼摄食率影响极显著(P＜0.01)，随着养殖密度的增加鲫鱼摄食率降低；养殖密度对饲料系数影响显著(P＜0.05)，随着养殖密度的增加饲料系数增加；投喂频率和种植密度对鲫鱼蛋白质效率影响显著(P＜0.05)，鲫鱼蛋白质效率随着投喂频率的增加而增加，但随着种植密度的增加而减小。极差分析表明，3种因素对摄食率的影响排序为B＞C＞A，最佳水平均为B1；对饲料系数的影响排序为B＞A＞C，最佳水平均为B1；对蛋白质效率的影响因子排序为C＞A＞B，最佳水平为C3。进一步分析不同处理下鲫鱼的摄食率、饲料系数和蛋白质效率，结果（表7）表明，T1处理鲫鱼的摄食率最高，为1.52%；T4处理鲫鱼的饲料系数最优，为1.16%；T3处理鲫鱼的蛋白质效益最高，为3.87%。综合极差分析和试验结果，T4处理更有利于鲫鱼的生长及增产。

表6 鲫鱼饲料利用的极差分析Table 6 Range analysis of feed utilization range of crucian carp

表7 不同处理下鲫鱼的饲料利用Table 7 Feed utilization of crucian carp under different treatments

2.4 不同处理对鲫鱼形体指标的影响

由表8可知，种养密度和投喂频率对肥满度、肝体指数、脏体指数均无显著影响(P＞0.05)。极差分析表明，3种因素对肥满度的影响排序为C＞A＞B，最优水平均为C3；对肝体指数的影响排序为A＞C＞B，最优水平为A2；对脏体指数的影响排序为C＞A＞B，最优水平为C3。分析不同处理下鲫鱼的形体指标，结果（表9）表明，T7处理鲫鱼的肥满度最优，为2.73%；T5处理鲫鱼的肝体指数最高（4.66%），T2处理鲫鱼的肝体指数最低（2.26%）；T5处理鲫鱼的脏体指数最高。综合极差分析和不同处理的形体指标，T5处理鲫鱼的形体指标较优。

表8 鲫鱼形体指标的极差分析Table 8 Range analysis of crucian carp body index

表9 不同处理下鲫鱼的形体指标Table 9 Body index test of crucian carp under different treatments （%）

2.5 不同处理对鲫鱼肌肉成分的影响

由表10可知，投喂频率对鲫鱼肌肉中水分含量影响极显著(P＜0.01)，对鲫鱼肌肉中粗蛋白质、粗脂肪和粗灰分含量影响不显著；当投喂频率为2次·d−1时鲫鱼肌肉中水分含量最高。极差分析（表10）表明，3种因素对鲫鱼肌肉中水分含量的影响排序为C＞B＞A，最优水平为C2；对鲫鱼肌肉中粗蛋白质的影响排序为A＞B＞C，最优水平为A3；对鲫鱼肌肉中粗灰分的影响排序为B＞A＞C，最优水平为B1。分析不同处理下鲫鱼肌肉的营养成分，结果（表11）表明，T4处理鲫鱼肌肉中水分含量最高，为76.65%；T5和T8处理鲫鱼肌肉中粗蛋白质含量较高，均为17.60%；T9处理鲫鱼肌肉中粗脂肪含量最高，达2.60%；T3和T4处理鲫鱼肌肉中粗灰分含量较低，均为1.03%。综合极差分析和试验结果，T4处理下鲫鱼肌肉营养成分较优。

表10 鲫鱼肌肉营养成分的极差分析Table 10 Range analysis of muscle nutrients of crucian carp

表11 不同处理下鲫鱼的肌肉营养成分Table 11 Muscle nutrient composition of crucian carp under different treatments （%）

3 讨论

在鱼菜共生系统中，鱼类作为营养物质的生产者，其健康生长对鱼菜系统正常运行起着至关重要的作用。Buzby等[15]认为，在鱼菜共生系统中，合适的鱼菜密度和投喂频率十分重要。若鱼菜比例不合适，将会对共生系统中营养物质的循环利用造成一定的影响：比例过高会导致水体营养过多，造成养分浪费，甚至产生水体富营养化；比例过低会导致营养物质不足，造成蔬菜和鱼类减产。本研究表明，种养密度和投喂频率对鲫鱼增重量有显著影响，当生菜栽培密度为28株·m−2时鲫鱼增重量最大，与蔡淑芳等[16]的研究结果不一致，可能是由于其只涉及了栽培密度，而本试验同时考虑了种植密度、养殖密度和投喂频率对鱼菜共生系统中鲫鱼增重量的影响，且种植的蔬菜种类也存在差异。卫育良等[17]研究表明，不同投喂水平显著影响红鳍东方鲀幼鱼的终末体重，不同投喂频率间差异不显著；而本研究表明，鲫鱼增重量随着投喂频率的增加而增加，可能是由于本研究未设置投喂水平因素，仅设计了同一投喂水平下（按鲫鱼初始体重2%来投喂）不同投喂频率，且养殖鱼种类也存在差异。袁新程等[18]研究显示，低密度组养殖鱼体质量的增长速度显著大于高密度组。本研究表明，养殖密度对鲫鱼生长性能影响显著，当养殖密度为8 kg·m−3时鲫鱼的增重率、特定生长率均高于养殖密度为10和12 kg·m−3处理，与前人研究结果一致。倪金金等[19]研究发现大口黑鲈的摄食率与养殖密度呈反比；本试验结果也显示，养殖密度对摄食率影响显著，鲫鱼的摄食率随养殖密度的增加而减少。鱼菜共生系统中，生菜的种植密度和鲫鱼的养殖密度、投喂频率对鲫鱼形体指标无显著影响，与潘伟平等[20]结果一致；与刘永士等[21]研究结果存在一定差异，可能是由于本研究中生菜的生育期较短，试验整个周期仅为35 d；而刘永士的试验周期为189 d，能够更好地表现鲫鱼的形体指标。杨育凯等[22]研究表明，不同投喂频率的黄斑篮子鱼幼鱼肥满度无显著差异；本研究也发现不同投喂频率的鲫鱼肥满度差异不显著。

鱼类肌肉营养成分中水分和粗脂肪含量能显著影响鱼类的肌肉质构特征[23]。本研究结果显示，投喂频率对鲫鱼肌肉中水分含量有极显著影响，与马建忠等[24]研究结果相一致；养殖密度虽然对水分含量影响不显著，但肌肉水分含量随养殖密度的增加而升高，与檀晨曦[25]研究结果相一致；3种因素对鲫鱼粗蛋白质、粗脂肪以及粗灰分含量均无显著影响，但低养殖密度下鲫鱼肌肉营养成分积累较好，与左腾等[26]研究结果相似，且投喂频率为2次·d−1时鲫鱼肌肉营养成分最优，与唐国盘等[27]研究结果一致。

本试验表明，鱼菜共生系统中生菜种植密度为42 株·m−2、鲫鱼养殖密度为8 kg·m−3、投喂频率为2次·d−1时，鲫鱼的生长性能、饲料利用率、形体指标以及营养成分均较高。Trang等[28]认为，鱼菜共生系统中鱼类养殖密度为6～7 kg·m−3时，系统中营养物的生产和吸收可达到最佳平衡；蔡淑芳等[29]研究表明，蔬菜种植密度为45 株·m−2、鱼类养殖密度和投喂频率为10 kg·m−3和2 次·d−1时，氮素转化效率较高，且水质较优，有利于鱼菜生长，与本研究结果相似。试验期间，各处理鲫鱼存活率均为100%，说明9种处理方式均可满足共生系统中鲫鱼的生长，使整个系统健康运行。