凌利宏，黃丹青，張 蕊

(安徽大地智慧農(nóng)業(yè)科技有限公司,安徽合肥 230031)

魚菜共生系統(tǒng)是一種結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖和蔬菜種植的復合型生態(tài)系統(tǒng)，通過植物對養(yǎng)殖水中氮元素的富集，在凈化水體的同時完成了營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用，實現(xiàn)了養(yǎng)魚不換水、種菜不施肥的理想生態(tài)生產(chǎn)狀態(tài)，符合當下“生態(tài)文明、綠色發(fā)展”的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)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(nóng)民會在稻田里養(yǎng)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(tǒng)研究應運而生；在當下全球資源緊張及環(huán)境污染問題突出的嚴峻形勢下，魚菜共生技術開始高速發(fā)展，其市場也快速擴大，現(xiàn)今魚菜共生系統(tǒng)已不僅局限于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)，而是開始進入都市農(nóng)業(yè)、都市及家庭的景觀應用之中。魚菜共生系統(tǒng)具有生態(tài)高效、節(jié)能減排的優(yōu)勢，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及水產(chǎn)養(yǎng)殖水體修復中都將發(fā)揮重要作用。

魚菜共生系統(tǒng)是由植物、水生動物、微生物組成的小型生態(tài)系統(tǒng)，水生動物的糞便及飼料殘渣中的含氮物質(zhì)經(jīng)過微生物的硝化作用轉(zhuǎn)化成植物體生長發(fā)育所需要的硝酸鹽，在氨氮循環(huán)過程中養(yǎng)殖水得到了凈化，水生動物、微生物、植物三者實現(xiàn)生態(tài)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(yǎng)物質(zhì)的最大化利用，創(chuàng)造了工廠化集約化生產(chǎn)的最佳模式。該研究的魚菜共生系統(tǒng)氣霧栽培模式即利用氣霧栽培技術實現(xiàn)魚菜共生系統(tǒng)生態(tài)循環(huán)，通過霧化設備營造氣霧環(huán)境，為植物處在密閉處的懸空根系提供養(yǎng)分以維護其生長發(fā)育，提高有機物轉(zhuǎn)化效率，降低病害發(fā)生率，促進植物產(chǎn)量、質(zhì)量的提升，同時借助植物根系的凈化增氧作用實現(xiàn)水體更新循環(huán)，維護魚類生長環(huán)境。

1 魚菜共生系統(tǒng)分類

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

根據(jù)植物種植方式可將魚菜共生系統(tǒng)分為基質(zhì)栽培、深水栽培和氣霧栽培模式?；|(zhì)栽培中的基質(zhì)一般包括陶粒、礫石等具有天然過濾作用的物質(zhì)，將植物種植于基質(zhì)中，基質(zhì)便可以對養(yǎng)殖水中的殘渣廢物進行附著過濾分解轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)物質(zhì)，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(yǎng)，養(yǎng)殖水經(jīng)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(qū)別在于種植池的設計，根據(jù)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(yǎng)殖水經(jīng)凈化后進入霧化池實現(xiàn)植物的霧化供養(yǎng)。

2 魚菜共生系統(tǒng)氣霧栽培模式的構建

魚菜共生系統(tǒng)氣霧栽培模式即將氣霧栽培技術應用于魚菜共生系統(tǒng)，這種模式可以提高水資源利用率，植物根系處于霧化環(huán)境中，吸收養(yǎng)分面積最大，只需基質(zhì)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(tǒng)的空間利用面積，實現(xiàn)立體化種植，相比基質(zhì)培、水培單位面積產(chǎn)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(yǎng)殖水增氧，為水生動物提供更佳的生存環(huán)境。 霧培模式下的魚菜共生系統(tǒng)，可以大大提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的集約化和工業(yè)化程度，使高效種植與無憂養(yǎng)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(chǎn)出的糞便及食物殘渣則成為微生物的轉(zhuǎn)化能源，再經(jīng)過濾池與植物吸收形成良性生態(tài)系統(tǒng)，霧培技術的應用使魚菜共生系統(tǒng)更為高效、簡易、方便管理，也提高了魚類、蔬菜的產(chǎn)量、品質(zhì)。

魚菜共生系統(tǒng)氣霧栽培模式可由種植系統(tǒng)、養(yǎng)殖系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、管道系統(tǒng)共同構建而成(圖1)。種植系統(tǒng)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(yǎng)殖系統(tǒng)用于飼養(yǎng)水生動物，主要為養(yǎng)殖池。凈化系統(tǒng)在整個系統(tǒng)中起廢物隔離及物質(zhì)轉(zhuǎn)化的作用，包括過濾裝置和硝化池，過濾裝置可以由濾網(wǎng)或過濾器組成，借助機械過濾作用可以實現(xiàn)對養(yǎng)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(yǎng)凈化富營養(yǎng)水、完成硝酸鹽物質(zhì)生成的硝化細菌，一般以珊瑚石、生物棉等為轉(zhuǎn)化載體。管道系統(tǒng)是連接種植系統(tǒng)、養(yǎng)殖系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)，包括吸污管、處理水輸送管、植物種植噴霧管、回流管等，養(yǎng)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(yǎng)分，再經(jīng)回流管返送至養(yǎng)殖池中，在管道系統(tǒng)的作用下，完成了養(yǎng)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(tài)關系。

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

魚菜共生系統(tǒng)氣霧栽培模式由水生動物養(yǎng)殖池、瓜果蔬菜種植池、管道循環(huán)系統(tǒng)、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(tǒng)健康運營的關鍵之一在于計算好種植與養(yǎng)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(tài)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(fā)育情況判斷系統(tǒng)是否達到平衡。

在確定好合適的魚菜種養(yǎng)比例后便可以開始進行魚菜共生系統(tǒng)氣霧栽培模式循環(huán)系統(tǒng)的構建，魚菜共生系統(tǒng)的水循環(huán)依賴于管道的鋪設與設計，養(yǎng)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(jīng)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(yǎng)殖池中。魚菜共生系統(tǒng)的管道選材一般采用經(jīng)濟的PVC管，結(jié)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(tǒng)的種植系統(tǒng)與養(yǎng)殖系統(tǒng)的構建，可根據(jù)使用場景的不同進行分類。如是用于大規(guī)模的農(nóng)業(yè)、漁業(yè)生產(chǎn)，養(yǎng)殖池、種植池可選用發(fā)泡水泥進行施工建設；如是用于都市、庭院景觀研學等，養(yǎng)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(yǎng)護管理。

魚菜共生系統(tǒng)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(huán)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(zhì)，為了進一步抑制水體藻類生長，可在養(yǎng)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(tǒng)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(yǎng)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(tǒng)運行過程中，避免使用化學藥物如抗生素、酵素、農(nóng)藥等。為了維護系統(tǒng)水體循環(huán)，需每天向養(yǎng)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(huán)的方式予以補充。為了保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行也要關注氣候和環(huán)境的影響，通過控制溫室通風、控溫、補光等智能化系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫、光、濕度等指標，以營造最佳的生物生存環(huán)境。

魚菜共生系統(tǒng)氣霧栽培模式具有高效優(yōu)質(zhì)、生態(tài)環(huán)保、操作簡便的特點，可以應用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的規(guī)?；a(chǎn)中，也可以發(fā)掘出多元化的功能，如以休閑農(nóng)業(yè)、都市庭院景觀的形式豐富城市人們的生活，實現(xiàn)系統(tǒng)與第三產(chǎn)業(yè)如教研、文娛的融合，通過建造魚菜共生系統(tǒng)觀光體驗園、家庭式魚菜共生系統(tǒng)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(yǎng)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(nóng)、漁產(chǎn)品，又能緩解由于都市高壓工作和生活帶來的焦躁情緒?，F(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)經(jīng)濟形態(tài)的發(fā)展離不開物聯(lián)網(wǎng)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(tǒng)的全面數(shù)據(jù)，并對系統(tǒng)維護指標進行智能判斷調(diào)節(jié)，可以進一步實現(xiàn)智能化管理，降低使用門檻和推廣阻力。

魚菜共生系統(tǒng)氣霧栽培模式對于提高經(jīng)濟收益、保護生態(tài)環(huán)境都起到積極作用，符合國家特色優(yōu)勢農(nóng)業(yè)及特色本土品牌的建設戰(zhàn)略趨勢。在魚菜共生系統(tǒng)的推廣應用中，可通過社交媒體、網(wǎng)絡平臺及專業(yè)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(tǒng)的了解程度，便于推動技術發(fā)展。除了尋求社會公眾支持外，魚菜共生系統(tǒng)作為一項新型生產(chǎn)系統(tǒng)，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(jié)語

相比于基質(zhì)培或水培，魚菜共生系統(tǒng)氣霧栽培模式更加經(jīng)濟高效，更易管理，產(chǎn)出產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)、高量，具有綠色生態(tài)零排放的特點，適合作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)推廣項目，應用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、休閑農(nóng)業(yè)經(jīng)營中。魚菜共生系統(tǒng)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(tǒng)水循環(huán)利用機制，實現(xiàn)資源利用率最大化，也對環(huán)境生態(tài)的維護起到積極作用。通過氣霧栽培與魚菜共生系統(tǒng)的技術嵌套，促進了農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新進步，協(xié)調(diào)了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展與資源和環(huán)境保護之間的關系，為生態(tài)農(nóng)業(yè)體系的構建和養(yǎng)殖水體的修復提供了示范與參考。