劉星， 王繼濤， 虎治軍， 劉艷， 穆曉國(guó)， 張海軍， 張達(dá)林， 安磊， 葉林

（寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，銀川 750021）

魚菜共生系統(tǒng)是多學(xué)科融合的一種循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖新模式，是以自然生態(tài)循環(huán)理念為基礎(chǔ)，將水產(chǎn)養(yǎng)殖與無土栽培互利結(jié)合的復(fù)合型生產(chǎn)系統(tǒng)。魚菜共生系統(tǒng)具有綠色健康、可持續(xù)性等特征，被認(rèn)為是一種生態(tài)型農(nóng)業(yè)技術(shù)[1-3]。在魚菜共生系統(tǒng)中，植物和魚類生長(zhǎng)受諸多因素影響，包括魚菜種類、種養(yǎng)密度、投喂頻率、飼料營(yíng)養(yǎng)成分以及水培組件等[4-6]。在整個(gè)魚菜共生系統(tǒng)中，飼料是營(yíng)養(yǎng)物的主要來源，合適的投喂頻率是影響魚類飼養(yǎng)效果的關(guān)鍵；養(yǎng)殖密度也是影響魚類生長(zhǎng)的重要因素，因此，植物種植密度是魚菜共生系統(tǒng)最佳養(yǎng)分回收利用的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。研究表明，適宜的投喂頻率不僅可以增加魚的產(chǎn)量，而且可以給蔬菜生長(zhǎng)提供足夠的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)合適的魚菜密度對(duì)整個(gè)共生系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)平衡起著重要作用[7-9]。由此可見，科學(xué)、合理的種養(yǎng)密度和投喂頻率不僅可以使整個(gè)魚菜共生系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)協(xié)調(diào)運(yùn)行，還可以發(fā)揮系統(tǒng)最大的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。

針對(duì)魚菜共生系統(tǒng)下種養(yǎng)殖密度比例不清、投喂頻率不明的問題，本研究基于魚菜共生系統(tǒng)，設(shè)計(jì)生菜種植密度、鯽魚養(yǎng)殖密度和投喂頻率三因素三水平正交試驗(yàn)，研究種養(yǎng)密度和投喂頻率對(duì)鯽魚生長(zhǎng)及品質(zhì)的影響，揭示不同種養(yǎng)密度和投喂頻率對(duì)魚菜共生系統(tǒng)下鯽魚生長(zhǎng)及品質(zhì)的影響，以期明確魚菜共生系統(tǒng)下種植密度、養(yǎng)殖密度和投喂頻率的最優(yōu)組合方案。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)裝置及運(yùn)行

本試驗(yàn)在寧夏銀川市興慶區(qū)掌政鎮(zhèn)楊家寨村迎燕家園魚菜共生基地溫室進(jìn)行。如圖1所示，試驗(yàn)裝置主要由魚箱、增氧泵、多功能潛水泵、栽培槽以及PVC輸送管等構(gòu)件組成。魚箱長(zhǎng)×寬×高為55 cm×45 cm×32 cm（實(shí)際裝水50 L）；栽培槽由10個(gè)荷蘭桶（長(zhǎng)×寬×高為23 cm×20 cm×30 cm）串聯(lián)組成，荷蘭桶內(nèi)裝有陶粒，在桶內(nèi)1/3處放置海綿片，海綿片上下分別放置直徑為5和20 mm的陶粒，不同規(guī)格的陶粒分層放置外加海綿，既可以固定植物根系、保持水分，又可以有效過濾養(yǎng)殖廢水中的漂浮物，為有益微生物提供合適的生存環(huán)境。栽培槽安裝在高出地面65 cm的苗床（長(zhǎng)寬為5.8 m×1.1 m）上，魚箱置于地面，魚箱內(nèi)放置魚缸增氧泵以及多功能潛水泵。多功能潛水泵接直徑為2.0 cm的PVC上水管，上水管接滴頭逐個(gè)對(duì)應(yīng)荷蘭桶，保證每個(gè)滴頭出水量水流大小一致。栽培槽下部接回流管，用直徑4.0 cm的PVC管將荷蘭桶逐個(gè)連接，一端封閉，一端連接魚箱，整個(gè)養(yǎng)殖水流經(jīng)荷蘭桶，經(jīng)過植物和陶粒雙重過濾后，在重力的作用下回流至魚箱，形成閉循環(huán)系統(tǒng)。魚箱上配置塑料網(wǎng)和木制蓋板，塑料網(wǎng)格直徑1 cm，投喂飼料時(shí)無需揭開網(wǎng)格即可投喂，防止魚類因搶食而跳出魚箱；塑料網(wǎng)格上加蓋木制蓋板，不僅起到雙重保護(hù)的作用，還可以遮陰避光，抑制有害藻類生長(zhǎng)，保護(hù)水體健康。試驗(yàn)過程中除補(bǔ)充因蒸發(fā)、蒸騰作用散失的水分以外，魚菜共生系統(tǒng)與周圍環(huán)境無水體交換。試驗(yàn)開始前，用高錳酸鉀溶液對(duì)裝置進(jìn)行徹底消毒，曬干后往已消毒的養(yǎng)殖池中加水、通電運(yùn)行裝置，曝氣3 d后，定植生菜。

圖1 試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of test device

1.2 試驗(yàn)材料

1.2.1 生菜品種 阿奎諾由瑞克斯旺出口公司提供。育苗35 d后，選取長(zhǎng)勢(shì)較優(yōu)的生菜進(jìn)行定植。

1.2.2 試驗(yàn)魚種 異育銀鯽“中科3號(hào)”由寧夏水產(chǎn)研究有限公司提供。試驗(yàn)前對(duì)魚體進(jìn)行消毒，暫養(yǎng)3周后，挑選體格健壯，生長(zhǎng)力旺盛，質(zhì)量為（150±20）g的鯽魚投放至魚箱。

1.2.3 魚飼料 商業(yè)漂浮型顆粒狀魚糧（表1），由寧夏水產(chǎn)研究所提供，試驗(yàn)前已采用該種魚飼料投喂鯽魚2周，以避免鯽魚對(duì)魚飼料產(chǎn)生不適反應(yīng)。

表1 試驗(yàn)用商業(yè)魚糧成分Tab.1 Commercial fish food ingredients for the experiment

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

首先對(duì)種植密度（A，株·m?2）、養(yǎng)殖密度（B，kg·m?3）和投喂頻率（C，次·d?1）進(jìn)行單因素預(yù)試驗(yàn)以確定試驗(yàn)因子范圍。設(shè)計(jì)種植密度分別為28（A1）、42（A2）和56（A3）株·m?2；養(yǎng)殖密度分別為：8（B1）、10（B2）和12（B3）kg·m?3；飼料投喂頻率分別為1（C1，投喂時(shí)間為8：00）、2（C2，投喂時(shí)間為8：00、17：00）和 3（C3，投喂時(shí)間為 8：00、12：30、17：00）次·d?1，日投喂飼料按照魚體質(zhì)量2%來計(jì)算。根據(jù)預(yù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)組合，共計(jì)9個(gè)處理，詳見表2。每個(gè)處理重復(fù)3次，每個(gè)重復(fù)采用一個(gè)魚箱串聯(lián)連接10個(gè)荷蘭桶組成一個(gè)魚菜共生微循環(huán)系統(tǒng)。

表2 試驗(yàn)處理組合Table 2 Combination of experiment

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

采用溫度計(jì)于每天早、中、晚現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量魚箱水體溫度；每5 d對(duì)魚箱pH、溶解氧（dissolved oxygen，DO）和電導(dǎo)率（electrical conductivity，EC）進(jìn)行測(cè)定；水體取樣時(shí)間為上午10:00，取樣位置為魚箱中部。

采用pH檢測(cè)儀（PH-281，杭州陸恒生物科技有限公司）測(cè)定pH；采用筆式溶氧儀（RDB-20，青島聚創(chuàng)環(huán)保集團(tuán)有限公司）測(cè)定DO；采用電導(dǎo)率儀（CD-289，廣州市銘睿電子科技有限公司）進(jìn)行EC測(cè)定。

試驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)，將魚饑餓24 h后，測(cè)定初始體質(zhì)量（initial body weight，IBW）、末體質(zhì)量（final body weight，F(xiàn)BW）、體長(zhǎng)和體寬。試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)魚進(jìn)行解剖，取其內(nèi)臟，用分析天平測(cè)定肝臟鮮重，計(jì)算肝體指數(shù)和臟體指數(shù)。水分采用105℃烘箱恒溫干燥法[10]進(jìn)行測(cè)定；灰分采用馬福爐650℃高溫灼燒法[11]測(cè)定；粗蛋白采用全自動(dòng)凱式定氮法[12]測(cè)定；粗脂肪采用索氏抽提法[13]測(cè)定。相關(guān)參數(shù)計(jì)算公式如下。

式中,N1為初魚尾數(shù)（尾）；N2末魚尾數(shù)（尾）；W1為魚初體質(zhì)量（g）；W2為魚末體質(zhì)量（g）；t為飼喂天數(shù)（d）；FI攝食飼料總量（g）；Wh為每尾魚末肝臟質(zhì)量（g）；Wv為每尾魚末內(nèi)臟質(zhì)量（g）；Wb為每尾魚末體質(zhì)量（g）；L為每尾魚末體長(zhǎng)（cm）；P為飼料蛋白質(zhì)含量（%）。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)先用Excel 2019進(jìn)行處理，后采用SPASS 22.0數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行方差分析，Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理基礎(chǔ)水質(zhì)情況

試驗(yàn)期內(nèi)各處理的基礎(chǔ)水質(zhì)情況如表3所示。在整個(gè)系統(tǒng)循環(huán)運(yùn)行35 d、試驗(yàn)期間不換水的條件下，各處理水溫穩(wěn)定（22.47～25.33℃），水質(zhì)呈弱堿性（pH 7.71～8.01），且每個(gè)魚箱均放置規(guī)格相同的增氧泵，因此，系統(tǒng)溶解氧含量穩(wěn)定在9.10～9.31 mg·L?1，EC 為 0.31～0.40 mS·cm?1。綜上所述，魚菜共生系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的產(chǎn)生具有可持續(xù)性，EC 保持在 0.30～0.60 mS·cm?1，在此環(huán)境下魚、菜均生長(zhǎng)良好[14]。

表3 養(yǎng)殖期間的溶解氧含量、pH、電導(dǎo)率和溫度Table 3 Content of dissolved oxygen、pH 、EC and temperature during culture period

2.2 不同處理對(duì)鯽魚生長(zhǎng)性能及產(chǎn)量的影響

由表4可知，養(yǎng)殖密度對(duì)鯽魚的增重率和特定增長(zhǎng)率有顯著影響(P＜0.05)，均隨著養(yǎng)殖密度的增加而減小；投喂頻率和種植密度對(duì)鯽魚體質(zhì)量增加有顯著影響(P＜0.05)，鯽魚增重率隨著投喂頻率增加而增加，但隨著種植密度的增加而減小。由極差分析可知，3種因素對(duì)特定生長(zhǎng)率的影響排序?yàn)锽＞A＞C，最佳水平均為B1；對(duì)增重率的影響排序?yàn)锽＞A＞C，其最佳水平也為B1；對(duì)增重量的影響排序?yàn)椋篊＞A＞B，其最佳水平均為C3。

表4 鯽魚生長(zhǎng)性能及產(chǎn)量的極差分析Table 4 Range analysis of growth performance and yield range of crucian carp

分析不同處理下鯽魚的生長(zhǎng)性能和產(chǎn)量，結(jié)果（表5）表明，9個(gè)處理鯽魚的存活率均為100%；T3處理鯽魚的增重量最高，為303.56 g；T4處理鯽魚的增重率和特定生長(zhǎng)率最高，分別為61.91 g和1.37%。綜上所述，T4處理更有利于鯽魚的生長(zhǎng)及增產(chǎn)。

表5 不同處理下鯽魚的生長(zhǎng)性能及產(chǎn)量Table 5 Growth performance and yield of crucian carp under different treatments

2.3 不同處理對(duì)鯽魚飼料利用的影響

由表6可知，養(yǎng)殖密度對(duì)鯽魚攝食率影響極顯著(P＜0.01)，隨著養(yǎng)殖密度的增加鯽魚攝食率降低；養(yǎng)殖密度對(duì)飼料系數(shù)影響顯著(P＜0.05)，隨著養(yǎng)殖密度的增加飼料系數(shù)增加；投喂頻率和種植密度對(duì)鯽魚蛋白質(zhì)效率影響顯著(P＜0.05)，鯽魚蛋白質(zhì)效率隨著投喂頻率的增加而增加，但隨著種植密度的增加而減小。極差分析表明，3種因素對(duì)攝食率的影響排序?yàn)锽＞C＞A，最佳水平均為B1；對(duì)飼料系數(shù)的影響排序?yàn)锽＞A＞C，最佳水平均為B1；對(duì)蛋白質(zhì)效率的影響因子排序?yàn)镃＞A＞B，最佳水平為C3。進(jìn)一步分析不同處理下鯽魚的攝食率、飼料系數(shù)和蛋白質(zhì)效率，結(jié)果（表7）表明，T1處理鯽魚的攝食率最高，為1.52%；T4處理鯽魚的飼料系數(shù)最優(yōu)，為1.16%；T3處理鯽魚的蛋白質(zhì)效益最高，為3.87%。綜合極差分析和試驗(yàn)結(jié)果，T4處理更有利于鯽魚的生長(zhǎng)及增產(chǎn)。

表6 鯽魚飼料利用的極差分析Table 6 Range analysis of feed utilization range of crucian carp

表7 不同處理下鯽魚的飼料利用Table 7 Feed utilization of crucian carp under different treatments

2.4 不同處理對(duì)鯽魚形體指標(biāo)的影響

由表8可知，種養(yǎng)密度和投喂頻率對(duì)肥滿度、肝體指數(shù)、臟體指數(shù)均無顯著影響(P＞0.05)。極差分析表明，3種因素對(duì)肥滿度的影響排序?yàn)镃＞A＞B，最優(yōu)水平均為C3；對(duì)肝體指數(shù)的影響排序?yàn)锳＞C＞B，最優(yōu)水平為A2；對(duì)臟體指數(shù)的影響排序?yàn)镃＞A＞B，最優(yōu)水平為C3。分析不同處理下鯽魚的形體指標(biāo)，結(jié)果（表9）表明，T7處理鯽魚的肥滿度最優(yōu)，為2.73%；T5處理鯽魚的肝體指數(shù)最高（4.66%），T2處理鯽魚的肝體指數(shù)最低（2.26%）；T5處理鯽魚的臟體指數(shù)最高。綜合極差分析和不同處理的形體指標(biāo)，T5處理鯽魚的形體指標(biāo)較優(yōu)。

表8 鯽魚形體指標(biāo)的極差分析Table 8 Range analysis of crucian carp body index

表9 不同處理下鯽魚的形體指標(biāo)Table 9 Body index test of crucian carp under different treatments （%）

2.5 不同處理對(duì)鯽魚肌肉成分的影響

由表10可知，投喂頻率對(duì)鯽魚肌肉中水分含量影響極顯著(P＜0.01)，對(duì)鯽魚肌肉中粗蛋白質(zhì)、粗脂肪和粗灰分含量影響不顯著；當(dāng)投喂頻率為2次·d?1時(shí)鯽魚肌肉中水分含量最高。極差分析（表10）表明，3種因素對(duì)鯽魚肌肉中水分含量的影響排序?yàn)镃＞B＞A，最優(yōu)水平為C2；對(duì)鯽魚肌肉中粗蛋白質(zhì)的影響排序?yàn)锳＞B＞C，最優(yōu)水平為A3；對(duì)鯽魚肌肉中粗灰分的影響排序?yàn)锽＞A＞C，最優(yōu)水平為B1。分析不同處理下鯽魚肌肉的營(yíng)養(yǎng)成分，結(jié)果（表11）表明，T4處理鯽魚肌肉中水分含量最高，為76.65%；T5和T8處理鯽魚肌肉中粗蛋白質(zhì)含量較高，均為17.60%；T9處理鯽魚肌肉中粗脂肪含量最高，達(dá)2.60%；T3和T4處理鯽魚肌肉中粗灰分含量較低，均為1.03%。綜合極差分析和試驗(yàn)結(jié)果，T4處理下鯽魚肌肉營(yíng)養(yǎng)成分較優(yōu)。

表10 鯽魚肌肉營(yíng)養(yǎng)成分的極差分析Table 10 Range analysis of muscle nutrients of crucian carp

表11 不同處理下鯽魚的肌肉營(yíng)養(yǎng)成分Table 11 Muscle nutrient composition of crucian carp under different treatments （%）

3 討論

在魚菜共生系統(tǒng)中，魚類作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的生產(chǎn)者，其健康生長(zhǎng)對(duì)魚菜系統(tǒng)正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。Buzby等[15]認(rèn)為，在魚菜共生系統(tǒng)中，合適的魚菜密度和投喂頻率十分重要。若魚菜比例不合適，將會(huì)對(duì)共生系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用造成一定的影響：比例過高會(huì)導(dǎo)致水體營(yíng)養(yǎng)過多，造成養(yǎng)分浪費(fèi)，甚至產(chǎn)生水體富營(yíng)養(yǎng)化；比例過低會(huì)導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足，造成蔬菜和魚類減產(chǎn)。本研究表明，種養(yǎng)密度和投喂頻率對(duì)鯽魚增重量有顯著影響，當(dāng)生菜栽培密度為28株·m?2時(shí)鯽魚增重量最大，與蔡淑芳等[16]的研究結(jié)果不一致，可能是由于其只涉及了栽培密度，而本試驗(yàn)同時(shí)考慮了種植密度、養(yǎng)殖密度和投喂頻率對(duì)魚菜共生系統(tǒng)中鯽魚增重量的影響，且種植的蔬菜種類也存在差異。衛(wèi)育良等[17]研究表明，不同投喂水平顯著影響紅鰭東方鲀幼魚的終末體重，不同投喂頻率間差異不顯著；而本研究表明，鯽魚增重量隨著投喂頻率的增加而增加，可能是由于本研究未設(shè)置投喂水平因素，僅設(shè)計(jì)了同一投喂水平下（按鯽魚初始體重2%來投喂）不同投喂頻率，且養(yǎng)殖魚種類也存在差異。袁新程等[18]研究顯示，低密度組養(yǎng)殖魚體質(zhì)量的增長(zhǎng)速度顯著大于高密度組。本研究表明，養(yǎng)殖密度對(duì)鯽魚生長(zhǎng)性能影響顯著，當(dāng)養(yǎng)殖密度為8 kg·m?3時(shí)鯽魚的增重率、特定生長(zhǎng)率均高于養(yǎng)殖密度為10和12 kg·m?3處理，與前人研究結(jié)果一致。倪金金等[19]研究發(fā)現(xiàn)大口黑鱸的攝食率與養(yǎng)殖密度呈反比；本試驗(yàn)結(jié)果也顯示，養(yǎng)殖密度對(duì)攝食率影響顯著，鯽魚的攝食率隨養(yǎng)殖密度的增加而減少。魚菜共生系統(tǒng)中，生菜的種植密度和鯽魚的養(yǎng)殖密度、投喂頻率對(duì)鯽魚形體指標(biāo)無顯著影響，與潘偉平等[20]結(jié)果一致；與劉永士等[21]研究結(jié)果存在一定差異，可能是由于本研究中生菜的生育期較短，試驗(yàn)整個(gè)周期僅為35 d；而劉永士的試驗(yàn)周期為189 d，能夠更好地表現(xiàn)鯽魚的形體指標(biāo)。楊育凱等[22]研究表明，不同投喂頻率的黃斑籃子魚幼魚肥滿度無顯著差異；本研究也發(fā)現(xiàn)不同投喂頻率的鯽魚肥滿度差異不顯著。

魚類肌肉營(yíng)養(yǎng)成分中水分和粗脂肪含量能顯著影響魚類的肌肉質(zhì)構(gòu)特征[23]。本研究結(jié)果顯示，投喂頻率對(duì)鯽魚肌肉中水分含量有極顯著影響，與馬建忠等[24]研究結(jié)果相一致；養(yǎng)殖密度雖然對(duì)水分含量影響不顯著，但肌肉水分含量隨養(yǎng)殖密度的增加而升高，與檀晨曦[25]研究結(jié)果相一致；3種因素對(duì)鯽魚粗蛋白質(zhì)、粗脂肪以及粗灰分含量均無顯著影響，但低養(yǎng)殖密度下鯽魚肌肉營(yíng)養(yǎng)成分積累較好，與左騰等[26]研究結(jié)果相似，且投喂頻率為2次·d?1時(shí)鯽魚肌肉營(yíng)養(yǎng)成分最優(yōu)，與唐國(guó)盤等[27]研究結(jié)果一致。

本試驗(yàn)表明，魚菜共生系統(tǒng)中生菜種植密度為42 株·m?2、鯽魚養(yǎng)殖密度為8 kg·m?3、投喂頻率為2次·d?1時(shí)，鯽魚的生長(zhǎng)性能、飼料利用率、形體指標(biāo)以及營(yíng)養(yǎng)成分均較高。Trang等[28]認(rèn)為，魚菜共生系統(tǒng)中魚類養(yǎng)殖密度為6～7 kg·m?3時(shí)，系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)物的生產(chǎn)和吸收可達(dá)到最佳平衡；蔡淑芳等[29]研究表明，蔬菜種植密度為45 株·m?2、魚類養(yǎng)殖密度和投喂頻率為10 kg·m?3和2 次·d?1時(shí)，氮素轉(zhuǎn)化效率較高，且水質(zhì)較優(yōu)，有利于魚菜生長(zhǎng)，與本研究結(jié)果相似。試驗(yàn)期間，各處理鯽魚存活率均為100%，說明9種處理方式均可滿足共生系統(tǒng)中鯽魚的生長(zhǎng)，使整個(gè)系統(tǒng)健康運(yùn)行。