肖明松　高清?！□U方印　崔峰　焦再博　鄒再成

摘 要：魚菜共生技術是將水產養(yǎng)殖、蔬菜種植和微生物發(fā)酵分解結合的一種資源節(jié)約、環(huán)境友好、可循環(huán)的生產模式，符合低碳農業(yè)和可持續(xù)發(fā)展的規(guī)律。通過綜述魚菜共生技術即國內外研究現狀、魚菜共生技術的原理、作用機理和類型，進一步闡述了其在水產中的應用。

關鍵詞：魚菜共生；池塘養(yǎng)殖；都市農業(yè)；低碳農業(yè)

Abstract：Aquaponicstechnologyisakindofresourcesaving，environmentfriendly，recyclablemodeofproductioncombinedwiththecharacteristicsofaquaculture，hydroponiccultivationofvegetables，microbialfermentationanddecomposition，whichmeetsthelawoflowcarbonagricultureandsustainabledevelopment.Thepapersummarizedthecurrentresearch，principleandtypesofaquaponicstechnology，anditsapplicationprospectinurbanfamilieswasalsodescribed.

Keywords：Aquaponics；pondculture；UrbanAgriculture；Low-carbonagriculture

目前，全球近1/3食用魚類都是由水產養(yǎng)殖業(yè)提供的，但水產養(yǎng)殖業(yè)在全球的迅速發(fā)展也帶來了一系列的負面影響。由于水產養(yǎng)殖自身的生態(tài)結構和養(yǎng)殖方式的缺陷使得大部分養(yǎng)殖存在著許多環(huán)境問題，特別是很多商業(yè)化水產養(yǎng)殖的發(fā)展會涉及到擴大養(yǎng)殖區(qū)域、使用更高密度的水產養(yǎng)殖裝置和使用來自臨近區(qū)域之外的飼料、抗生素等問題。這些都可能導致生態(tài)環(huán)境的惡化對水域生物多樣性的破壞和引起水域生態(tài)系統結構的變化等一系列問題[1]。20世紀90年代以來，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已成為世界潮流，循環(huán)經濟是可持續(xù)發(fā)展的大趨勢，循環(huán)經濟是一種善待地球的最佳經濟發(fā)展模式。魚菜共生技術由傳統的池塘養(yǎng)殖技術演變而來。魚菜共生技術，亦稱生態(tài)水培技術（Aquaponics），是將水產養(yǎng)殖、蔬菜種植和微生物發(fā)酵分解三種的不同技術通過科學的生態(tài)設計，達到協同共生、實現養(yǎng)魚不（少）換水而無水質憂患、種菜不施肥而茁壯生長的生態(tài)共生效應，從而讓魚、菜和微生物三者之間達到一種和諧的生態(tài)平衡關系的新型復合養(yǎng)殖技術模式，屬于可持續(xù)循環(huán)型低碳漁業(yè)[2，3]。

1 國內外魚菜共生技術的研究現狀

魚菜共生技術是一個人工生態(tài)系統，由池塘養(yǎng)殖演變而成的。美國和加拿大在魚菜共生技術的研究中居世界領先水平。1972年美國的馬克拉尼和托德率先將這一傳統的養(yǎng)殖方法移植于室內的瞬房，利用水體集熱、蓄熱和養(yǎng)魚，再利用含有豐富營養(yǎng)的魚類排泄物育肥暖房內的水栽蔬菜。1980年代末期，美屬維爾京群島大學（UVI）詹姆斯·瓦克斯（JamesRakocy）成功研發(fā)了魚菜共生系統的UVI模式，該模式利用深水浮筏栽培（DeepWaterCulture）方法[4]，適于戶外大規(guī)模生產。同一時期，北卡羅萊納州立大學（NCSU）道格教授（SandersDoug）及其研究生馬克·麥克莫提（Dr.MarkMcMurtry）也成功研究出NCSU模式，在溫室內采用固體基質栽培（細砂）[5]，成為大多數家用養(yǎng)耕共生系統的原型。Endut等[6]以蕹菜、芥菜和非洲鯰魚為材料進行魚菜共養(yǎng)，發(fā)現蕹菜和芥菜比較，因為其特殊的根系結構（根部可以共生更多的微生物，有更多的吸收面積等），從而生產單位質量魚肉可以生產更多的蔬菜產量，同時單位水體中可以生產更多的魚肉。魚菜共生體系中蕹菜可以明顯減少養(yǎng)魚廢水中總氨（78.32%～85.48%）、亞硝酸鹽（82.93%～92.22%）、硝酸鹽（79.17%～87.10%）等形式的N含量和正磷酸鹽含量（75.36%～84.94%），使水資源可以良好的重復利用。Graber等[7]通過魚菜共生技術種植番茄、茄子、黃瓜，與傳統水培技術比較也取得了不錯的效果，但是魚菜共生水體中因為磷、鉀等含量較低，果實品質有所降低。一般，養(yǎng)殖魚類的水體的pH呈弱堿性[8]，而蔬菜水培中以弱酸性較好，魚菜共生體系水體中較高的pH可以減少Fe元素有用性和吸收[9-10]，Roosta等[11]對生長在魚菜共生體系中的辣椒噴施鐵鹽后發(fā)現，辣椒的株高、莖粗、葉片數、果實數、果實重量、葉綠素以及葉片、莖、根干鮮重都明顯增加，同時植株地上部和根中的K、P、Ca、Mg等元素也明顯增多。日本東京海洋大學竹內俊朗教授開發(fā)了太空艙工業(yè)化零排放魚藻共生系統，可改善艙內環(huán)境，吸收CO2及其它有害成分[12]。

1988年王子瑾等人[13]開始工業(yè)化（集約型）魚菜共生系統的專題研究，設計了國內首套實驗性魚菜共生裝置，試驗獲得成功。王雅敏[14]研究了魚菜共生系統理論，從主要設施及其結構設計，生長環(huán)境及水質凈化，以及經濟效益分析等方面作了比較分析。丁永良等人[12]研究了魚菜共生技術的水質和環(huán)境動態(tài)調控，探索了氨氮、營養(yǎng)鹽類、pH值、溶氧、溫度等因子對魚菜不同生長階段的影響，確立了不同密度魚類與不同種類、不同生長階段蔬菜之間的優(yōu)化配比關系。結果表明，總水體為16m3，三個月平均產商品魚21.78kg/m3，凈產14.26kg/m3。蔬菜栽培品種為萵苣（生菜）、黃瓜、櫻桃蕃茄和洋紅蕃茄，其中櫻桃蕃茄和萵苣三個月產量分別為21kg/6m2、19kg/6m2，按每年種植3茬計，櫻桃蕃茄年產為6327kg/畝，萵苣年產6999kg/畝。魚菜產品經衛(wèi)生檢驗，達到無公害要求。在何明云[15]的實驗中，以三個月為一期統計，每立方米水體生長商品魚21.78公斤，凈產14.26公斤，較之費吉島大學農業(yè)試驗站所進行的羅非魚養(yǎng)殖，該系統每立方米所產商品魚（鯉鯽魚）要高出6.155公斤。

2 魚菜共生技術的原理及主要類型

魚菜共生技術是一個人工生態(tài)系統，包含了動物、植物、微生物。養(yǎng)殖魚類產生的排泄物、剩余飼料、氨氮等經微生物分解，轉化為無機物或小分子有機物，被植物根系吸收，植物得到生長的同時，水質也得到了凈化。經凈化后的水循環(huán)進入養(yǎng)魚池重復利用。魚池飼料的投喂保證了后續(xù)營養(yǎng)物質的來源，同時魚池充氧可以防止植物根系因缺氧而腐爛。它把水產養(yǎng)殖、蔬菜種植和微生物分解發(fā)酵這三種完全不同的技術通過巧妙的生態(tài)設計，達到協同共生，讓魚、蔬菜和微生物之間達到一種和諧的生態(tài)平衡關系。

現在常用的魚菜共生技術主要有以下3種模式。

（1）直接漂浮法：黃桃等[16]用泡沫板、竹架等浮體，直接把蔬菜苗固定在漂浮的定植板上進行水培；這種方式雖然簡單，但利用率不高，而且一些雜食性的魚會有吃食根系的問題存在，需對根系進行圍篩網保護，較為繁瑣，而且可栽培的面積小，效率不高，魚的密度也不宜過大。

（2）硝化過濾法： Graber和Junge[7]采用養(yǎng)殖水體與種植系統之間通過硝化濾床連接的設計。養(yǎng)殖排放的廢水先經由硝化濾床的過濾，硝化床上通?？梢栽耘嘁恍┥锪枯^大的瓜果植物，以加快有機濾物的分解硝化。經由硝化床過濾而相對清潔的水再循環(huán)入水培蔬菜或霧培蔬菜生產系統作為營養(yǎng)液，用水循環(huán)或噴霧的方式供給蔬菜根系吸收，經由蔬菜吸收后又再次返回養(yǎng)殖池，以形成閉路循環(huán)。這種模式可用于大規(guī)模生產，效率高，系統穩(wěn)定。

（3）分離滴管法：養(yǎng)殖水體直接與基質培的灌溉系統連接，養(yǎng)殖區(qū)排放的廢液直接以滴灌的方式循環(huán)至基質槽或者栽培容器，經由栽培基質過濾后，又把廢水收集返回養(yǎng)殖水體，這種模式設計更為簡單，用灌溉管直接連接種植槽或容器形成循環(huán)即可。大多用于瓜果等較為高大植物的基質栽培，需注意的地方是，栽培基質必須選質豌豆狀大小的石礫或者陶粒，這些基質濾化效果好，不會出現過濾超載而影響水循環(huán)，不宜用普通無土栽培的珍珠巖、蛭石或廢菌糠基質，這些基質因排水不好而容易導致系統的生態(tài)平衡破壞[17-18]。

3 魚菜共生技術在水產養(yǎng)殖中的應用

1.魚菜共生技術在池塘養(yǎng)殖中的應用

梁浩亮和姚振峰[19]在500米2池塘中，以奧尼羅非魚為主，搭配鰱鳙魚，同時種植空心菜、臺灣枸杞、水芹、西洋菜等蔬菜。菜苗根以行距20厘米、窩距10厘米直接植入塑料瓶內，根系裸浸水中。經過205天的養(yǎng)殖，收獲空心菜11茬，總量為2700千克，收獲魚1094.5千克，純利潤7276元。養(yǎng)殖過程中產生的多余的N、P，為水培蔬菜提供了生長的養(yǎng)分，同時也保障了養(yǎng)殖水質良好，實現了良性循環(huán)。翟旭亮等[20]選擇3口面積大體相同、分布集中、進排水方便的池塘開展對比養(yǎng)殖試驗。試驗塘Ⅰ平均產量略高于試驗塘Ⅱ，其單產分別為1.2千克/米2和1.1千克/米2，總平均單產約為1.15千克/米2。計算可得全年兩個池塘共收獲空心菜5704千克，平均產量為21949千克/公頃，按市場價1.5元/千克，可實現增收32924元/公頃。在重慶市的巴南、璧山等14個區(qū)縣推廣總面積達到552.9公頃，蔬菜平均種植面積為5%，平均每公頃產水產品達16180.5千克，每公頃產蔬菜達10722千克，每公頃收益達到182520元。蔬菜返塘作為蔬菜收益，蔬菜每公頃純增收達到10920元，每公頃純利潤達到37815元，較常規(guī)養(yǎng)殖方式利潤增加23.9%。魚菜共生包括浮架制作等固定投資成本3817.5元/公頃和2055元/公頃的人工投入成本，扣除20%的固定資產折舊費，翌年可實現16029元/公頃的純增收。2011年魚菜共生實際實施總面積552.9公頃，總增收在600萬元以上，經濟效益十分顯著。蔣明健等[21]池塘魚菜共生項目在重慶市的大足、九龍坡、壁山、巴南、南川、涪陵等32個區(qū)縣大面積推廣，總實施面積為68萬畝，完成畝均產水產品1315.9Kg/畝，產量8.9萬噸，占2014年池塘養(yǎng)殖產量的24.6%，畝產蔬菜831.8Kg/畝，產量5.7萬噸，畝均收入17019.5元，較項目實施前增加了42.6%，實現收入11.6億元，畝利潤為4675.7元/畝，是項目實施前畝平利潤的132.7%。全年節(jié)約水電投入58.3%，藥物投入65%、人工費用投入16.8%，間接增加漁民收入558.6元/畝·年。田麗粉等[22]利用水面面積為6畝的池塘養(yǎng)殖奧尼羅非魚、鰱魚、鳙魚和鯽魚，蔬菜主要種植空心菜和臺灣構祀。結果表明，養(yǎng)殖魚類收入為68135元、空心菜收入為11634元，生產成本（魚苗、飼料、肥料及漁藥、塘租、電費、人工及設備折舊等）49902元，總利潤29867元、畝均利潤為4978元。張海生，董海林[23]利用白龍山水庫放養(yǎng)以草魚為主，套養(yǎng)鰱魚和鳙魚。蔬菜種植面積2hm2，占整個水面10%。蔬菜以空心菜為主，嘗試栽植生菜，其中空心菜占總面積95%。蔬菜區(qū)比無蔬菜區(qū)氨氮降低較明顯為40%，總氮（TN）降低18%，總磷（TP）降低30%。養(yǎng)殖魚類產量由粗放型養(yǎng)殖的16500kg/hm2增加到19500kg/hm2。每平方米生態(tài)浮床每年可以生產綠色蔬菜20～30kg，可以產生經濟效益30～50元/m2。養(yǎng)殖魚類可增加產量3000kg/hm2，提高經濟效益22500元/hm2。

2.魚菜共生技術在都市農業(yè)中的應用

20世紀糧食、能源危機的爆發(fā)，使都市農業(yè)成為城市可持續(xù)發(fā)展運動中理想的食品生產模式和生態(tài)城市發(fā)展示范途徑之一。城市與農業(yè)的關系越來越緊密，大量城市農場在城市生活區(qū)中誕生。然而城市中的農業(yè)種植必須面對空間、效能和環(huán)境問題，需要依靠現代技術支持才能實現，魚菜共生系統便在此背景下產生[24]。都市農夫集裝箱是由瑞士應用科學大學（ZHAW）名下的都市農夫（UrbanFanners）公司所研發(fā)的概念產品。整個裝置結構由兩部分組成，分別為一層放置了養(yǎng)魚池的6.096米敞頂集裝箱盒子和二層垂直種植溫室，總高5m，重約3.5噸，是一個小規(guī)模，便于移動、拆卸的社區(qū)家庭型魚菜共生裝置。人們在一層養(yǎng)魚，也可以通過爬梯進入二層屋面料理溫室庭院。在瑞士經過實踐，整個裝置在夏季3個月時間中，能產出60Kg魚和200Kg的蔬菜[25]。目前，在一些城市已有不少的實踐者，陽臺蔬菜就是城市家庭種菜的實踐產物[26-28]，一些城市居民食用的蔬菜有20%～30%靠家庭陽臺自給[29]。城市家庭為了生活環(huán)境的美觀與愜意，不少家庭都在客廳養(yǎng)殖觀賞魚類，因為魚缸中的食物殘渣、魚類排泄物等存在，要不斷的對魚缸換水，家庭種植蔬菜如果能和養(yǎng)魚有機的結合在一起，將是一個非常節(jié)約資源、低碳環(huán)保、賞娛自樂的生活方式[30]。

蔡氏設計工作室（TsaiDesignStudio）規(guī)劃設計的莫約新餐館與非洲集貿市場（MoyosNewRestaurantandAfricanFoodMarket）坐落于南非開普敦著名景點維多利亞與阿爾弗雷德濱水區(qū)（V&AWaterfront）[31]，是都市農業(yè)在城市休閑區(qū)內商業(yè)化、景觀化的典型項目，完全采用新能源作為魚菜共生系統的動力。整個項目包含一個二層餐廳和戶外市集，餐廳銷售有機非洲特色菜式，而戶外市集則由20余個小型攤檔、休閑廊和城市農場組成。設計團隊希望在這熱鬧的旅游目的地，向人們展示一條完整的、可循環(huán)的餐廳食物鏈——從食物的產出、商品化、烹調、享用，到廚余向有機肥料的轉化，借此推廣都市農業(yè)和可持續(xù)發(fā)展技術。

AECOM/BIG合作團隊運用了魚菜共生系統在美國芝加哥海軍碼頭營造標志性都市景觀[32]。將芝加哥的水晶公園打造成一個超級都市農場，既保留了現有的餐飲、觀光功能，又植入了食材生產、生態(tài)教育和科技體驗的現代理念。垂直魚菜共生系統成為這個概念的重要技術支撐：養(yǎng)殖池上垂直種植了當季蔬果，為餐飲持續(xù)提供新鮮食材，高大的垂直綠化管道延續(xù)了現狀棕櫚樹構成的景觀特征，龐大的種植結構更利于在管道內包裹著水質過濾基質，協助微生物分解和讓植物得到更多陽光照射。而水晶花園的巨型玻璃穹頂結構，則是一個現成的溫室，為蔬菜種植提供了穩(wěn)定的微氣候條件。人們可以通過穿梭的懸空棧道逐步走到屋頂，參觀都市農場，并以一覽無遺的芝加哥天際線作為體驗的高潮。以引入垂直魚菜共生系統為技術手段，結合景觀設計手法，水晶花園的立體空間功能結構突破了現狀只在地面或屋面觀光、餐飲的限制，實現了多個功能在立體空間上的交織，大大增加了空間的利用率和產出。這一理念不僅演繹了水晶花園“種植、烹調、飲食”的綠色生活主題，還體現了未來都市空間美觀、立體和多功能集約的發(fā)展趨向。

參考文獻

[1]戈賢平，繆凌鴻，孫盛明，劉波，周群蘭.水產飼料對養(yǎng)殖環(huán)境調控的研究與探索.中國漁業(yè)質量與標準，2014，4（4）：1-6

[2]吳德杰，郭貴良.池塘魚菜共生養(yǎng)殖技術.吉林農業(yè)，2011，253（3）：260.

[3]翟旭亮，李虹，曹豫，熊隆明，袁建明.“魚菜共生”凈水肥魚促增收.科學養(yǎng)魚，2012，1：81-82.

[4]Rakocy，JmesE，ThomasML，MichaelPM.RecirculatingAquaculhzreTankProductionSystems：IntegratingFishandPlantCulture[M].SouthernRegionAquacultureCenterPublicationNo454，MississippiStateUniversity，1992.

[5]Sanders，Doug，MarkMcMurtry.Fishincreasegreenhouseprofits[J].AmericanVegetableGrower，1988，（2）：32-33.

[6]EndutA，JusohA，AliN，etal.Nutrientremovalfromaquaculturewastewaterbyvegetableproductioninaquaponicsreciroulationsystem[J].DesalinationandWaterTreatment，2011，32：422-430.

[7]GraberA，JungeR.Aquaponic：Nutrientrecyclingfromfishwastewaterbyvegetableproduction[J].Desalination，2009，246：147-156.

[8]SavidovN.EvaluationandDevelopmentofAquaponicsProductionandProductMarketCapabilitiesinAlberta[C].GreenhouseCropsProgramLeaderCropDiversificationCentreSouth，Bmoks，AB，2004；190.

[9]RoostaH，HamidpourM.Effectsoffoliarapplicationofsomemacro-andmicro-nutrientsontomatoplantsinaquaponicandhydmponicsystems[J].ScientiaHorticulturae，2011，129；396-402.

[10]RoostaHR.InteractionbetweenwateralkalinityandnutrientsolutionpHanthevegetativegrowth，chlorophyllfluorescenceandleafMg，Fe，Mn andZnconcentrationsinlettuce[J].JournalofPlantNutrition，2011，34；717-731.

[11]RoostaHR，MohsenianY.EffectsoffoliarsprayofdifferentFesourcesonpepper （CapaicumannumL.）plantsinaquaponicsystem[J].ScientiaHorticulturae，2012，146：182-191.

[12]丁永良，張明華，張建華，楊菁，何明云等，魚菜共生系統的研究[J].中國水產科學，1997：4（5）：70-75

[13]王子瑾等，1990。魚菜共生系統在上海研制成功?！度嗣袢請蟆?月7日第一版。

[14]王雅敏.魚菜共生系統的研究及其開發(fā)（上）.漁業(yè)機械儀器，1991，94（18）：2-4.

[15]何明云，魚菜共生系統綜合養(yǎng)種技術研究報告摘要[J]，漁業(yè)機械儀器，1994.10.12-15

[16]黃桃，余雪棠，魏云鶴.惠州魚菜共生系統環(huán)保又增收[N]. 中國漁業(yè)報，2009.12.21

[17] 賈麗，潘勇，劉帥.池塘內循環(huán)流水養(yǎng)殖模式——美國的一種新型養(yǎng)殖模式[J].中國水產，2011，1：40-42

[18] Renato Silva Castro，Celicina M.S. Borges Azevedo. Increasing cherry tomato yield using?sh effluent as irrigation water in Northeast Brazil[J]. Science Direct.ScientiaHorticulturae， 2006，110：44-50

[19]梁浩亮，姚振峰.魚菜共生養(yǎng)殖技術試驗.科學養(yǎng)魚，2011，8：16-18

[20]翟旭亮，李虹，曹豫，熊隆明，袁建明.“魚菜共生”凈水肥魚促增收.科學養(yǎng)魚，2012，1：81-82

[21]蔣明健，翟旭亮，周春龍.2014年重慶漁業(yè)節(jié)能減排效果顯著.漁業(yè)致富指南，2015，7：9-10

[22]田麗粉，李雪光，黃金洪，周勇.池塘魚菜共生養(yǎng)殖實用技術.海洋與漁業(yè)，2014，240（4）：68-69

[23]張海生，董海林.中小型水庫魚菜共生立體生態(tài)養(yǎng)殖試驗.河北漁業(yè)，2015，258（6）：36-37

[24]蕭蕾，洪彥.都市農業(yè)新技術魚菜共生系統及其立體化案例研究.風景園林，2014，4：117-120

[25]Urbanfamers[EB/OL].[2014-03-09].http//urbanfarmers.com/productsservices/box-globe/

[26]康欣娜.陽臺蔬菜的栽培與管理[J].河北農業(yè)科技，2006（8）：13.

[27]馮錫鴻.自己動手種植陽臺蔬菜[J].中國果菜，2009（7）：55.

[28]丁小濤，張兆輝，姜玉萍，陳春宏.魚菜共生技術在城市家庭中的應用前景.上海農業(yè)學報，2015，31（6）：150-153.

[29]劉洪，劉曉燕.三峽庫區(qū)重慶開縣段陽臺蔬菜產業(yè)發(fā)展初探[J].北方園藝，2011（2）；191-194.

[30]EndutA，JusohA，AliN，etal.Astudyontheoptimalhydraulicloadin8rateandplantratiosinrecirculationaquaponicsystem[J].BioresourceTechnology，2010，101；1511-1517.

[31]TSAIDESIGNSTUDIO.MoyoSouk&Restaurant，V&A[EB/OL].[2014-03-09]http：//www.tsaidesignstudio.com/architecture/movo_va/

[32]MarkBoyer.AECOM+BGUnveilPlanstoRevampChicagosNavvPierwithaVerticalFarmandRoofGardens[EB/OL].[2014-03-09].http：//inhabitat.com/aecom-big-unvei-plans-to-revamp-chicagos-navy-pier-with-a-vertical-farm-and-roof-gardens/

作者簡介

肖明松（1973-），男，安徽定遠人，副教授，博士，主要從事漁業(yè)生態(tài)和生理研究。