家庭景觀式魚菜共生系統設計

蒲鳳林，陳江會，董士澳，王鈴霞，黃靜晨，蔣 鑫，任柯羽，錢 春*

（1.西南大學園藝園林學院，重慶 400715；2.重慶市渝北中學校，重慶 401120）

魚菜共生是由水耕栽培和水產養殖組成的復合生態系統，結合了水產品養殖與蔬菜種植2 種不同的農業工程技術。聯合國糧食及農業組織（FAO）對水產養殖的定義為養殖水生有機物，包括魚類、軟體動物、甲殼類和水生植物等的養殖；對水耕栽培的定義為，在無土基質中生產植物，植物通過水輸送獲得生長所需的所有營養物質［1］。基于此，FAO 對魚菜共生的定義為：循環水養殖和水耕栽培在一個生產系統中的集成［2］。魚菜共生的原理是將水產養殖排放水經微生物硝化作用后轉化為植物所需的營養物質，植物對營養物質的吸收又可為水產養殖凈化水體，達到種菜不施肥、養魚不換水的目的。

在當今對生態健康的農產品追捧的大背景下，魚菜共生有很大的現實意義。1）解決養魚水體面源污染的問題。由于自然水體的水源來自于土壤表面徑流，大量的農業用地由于過度使用的肥料、農藥、除草劑，自然水體中上述物質會長期富集，水產品作為水體生態鏈的高端，富集農藥、除草劑等最多。魚菜共生系統，利用的是無污染的地下水或自來水養殖，水體循環利用，在整個系統中不打農藥、除草劑。系統輸入端僅是通過國家行業標準認證的安全魚飼料，因此水產品的食品安全可以有保障。2）廢物利用，變廢為寶，發展可持續的低碳生態農業。將魚糞及水溶的氨氮通過生物作用轉化為硝酸鹽，為無土栽培蔬菜提供營養。由于整個系統采用無土栽培，無雜草，病菌少，不使用除草劑，因此蔬菜的食品安全有保證。魚糞和殘餌轉化為蔬菜的肥料后，水體得到進化，并且不會將污染物排放到到自然。是真正的零排放，可持續的農業模式。3）為城市家庭綠化空間提供新模式。對于城市人來說，蔬菜要從農村運輸到農貿市場，分送到各大超市，消費者再買回家去，整個過程下來，蔬菜早已經不再新鮮。家庭式魚菜共生系統讓食材觸手可及，現摘現捕現吃，自給自足。由于魚和菜的共生關系，整個過程不能施用農藥和化肥，絕對無公害。同時，魚菜共生系統是家庭中一個靚麗的景觀，讓長期生活在都市中的人可以享受種菜種花養魚的田園式生活。

總之，在有空間條件的家庭引入魚菜共生系統，既可以獲得新鮮綠色的蔬菜，鮮活的魚類等水產品，也可以因地制宜綠化美化家園。本文在重慶市大學生創新訓練項目課題支持下，對家庭景觀式魚菜共生的裝置系統進行了初步設計，現將主要設計技術要點闡述如下。

1 系統組成

家庭景觀式魚菜共生系統包括水產品養殖池、自動反沖洗過濾裝置、硝化菌培養床、蔬菜種植槽、潛水泵及殺菌系統等五部分組成，系統模式結構如圖1所示。

圖1 家庭魚菜共生裝置系統構成

2 水產養殖池設計

庭院魚池一般以養殖觀賞魚為主，但也可以喂養食用的品種（比如鯽魚、草魚、青波、鳊魚）。若觀賞魚和食用魚都有考慮喂養，最好將兩者分開養殖，可以在養殖池中用厚塑料網分隔，水可自由流動，但魚不會混在一起。這樣，捕撈食用魚的時候不會傷害觀賞魚。魚池形狀也會因為庭院或露臺的地形和面積不同而差異很大，整體上需要將養殖池底部設計成漏斗狀（如圖1），便于魚糞和殘餌的收集。漏斗底部連接直徑110 mm 的PVC 管，接到池外與殺菌池、潛水泵池連接。用塑料格柵將漏斗底部管口堵上，防止魚被吸入管道。整個池體四周需要用紅磚砌成24墻，底部如果較為松軟，需要用鋼筋混凝澆筑，防止下沉開裂，池底和池子四周都進行防水處理，防水材料選用無毒環保的聚合物水泥防水涂料。

3 殺菌及潛水泵池設計

殺菌及潛水泵池緊挨養殖池，大小以能放入潛水泵和殺菌燈為宜，池高度需要略高于養殖池水面，底部進水口與養殖池漏斗狀底部用110 mm 的PVC 管連接，水泵啟動后，靠潛水泵池水面與養殖池水面形成高差壓力將養殖池中沉積在漏斗底部的魚糞和殘餌等吸出，達到分離雜質的目的。殺菌燈采用防水的紫外燈，功率可根據魚池水體的大小選擇10～40 W范圍，安裝浸沒在該池水下。潛水泵功率需要根據養殖池蓄水的體積確定，原則上潛水泵1 h抽水量要更新1次所有水體。

4 自動反沖洗過濾裝置設計

自動反沖洗過濾裝置取代原有采用多層海綿及毛刷過濾方法，能夠完全避免清洗海綿及毛刷的大量勞動力及清洗所需用水。微濾機的工作原理是：當含有微小懸浮物質的水進入滾筒內，微小懸浮物質被不銹鋼篩網截留，經過濾后不含懸浮物的水進入蓄水池。當滾筒內懸浮物積聚到一定數量時，會引起濾網透水量下降，導致滾筒內水位上升，當水位上升到設定的高水位時；液位自動控制組件（鴨嘴浮球開關）工作，此時，反清洗水泵和滾筒減速機同時自動開啟工作，反清洗水泵的高壓水經微濾機的反清洗組件對旋轉的滾筒篩網進行高壓清洗，堵塞在滾筒濾網上的懸浮物在高壓水的沖洗下，流入污物收集槽再經排污管排出。當篩網清洗干凈后，滾筒濾網的透水量上升，滾筒內的水位下降，當水位降至設定的低水位時，反清洗水泵和滾筒減速機將自動停止工作，微濾機又進入新一輪工作循環。對排污管排出的污水，可以用容器收集起來，供庭院植物澆水，達到零排放。該裝置需要放置在整個系統的最高位置，便于經過凈化的水體自流進入硝化菌培養裝置。

5 硝化菌培養裝置設計

在閉合的沒有流水的魚池中，魚飼養過程產生的氨氮是對魚兒致命的物質。因此需要通過硝化菌將氨氮轉化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，為下一步蔬菜栽培提供氮源。硝化菌培養可以采用塑料箱或水泥池，大小原則上不超過1 m3，由于硝化菌是好氧菌，箱體內用多孔的沉水陶粒或陶瓷環鋪填，多孔的物質表面為硝化菌繁殖提供附著空間，并且從過濾裝置留出的水不能長期浸泡硝化菌培養介質，需利用虹吸原理采用潮汐供水的方式（如圖2），當從自動反沖洗過濾的出水端的水流入硝化菌培養裝置時，水位逐漸上升，虹吸管外側的水位逐漸從金鐘罩的底部空隙進入也逐步上升，由于金鐘罩上端是封閉的，水位上升將金鐘罩內的空氣從虹吸管排出，造成金鐘罩內外形成空氣壓力差。當空氣壓力差達到足以形成虹吸現象時，硝化菌培養裝置內的水會迅速從虹吸管被“吸”走，整個裝置水位逐步下降，當水位下降到金鐘罩的進水口時，空氣被吸入，金鐘罩內外空氣壓力差消失，虹吸現象停止工作。整個硝化菌培養裝置的水位又會逐步上升，水位周而復始上升和下降。介質間歇式獲得水分，間歇式有空氣進入，從而讓硝化菌長期穩定生存繁殖。硝化菌培養裝置的設計高度略高于蔬菜種植池，通過該裝置的水源自流進入蔬菜種植池。

圖2 利用虹吸原理潮汐供水培養硝化菌裝置圖

6 蔬菜種植池設計

蔬菜種植池是凈化水體的最后一個步驟。種植池可采用多孔陶粒栽培或浮板漂浮栽培。采用陶粒栽培方式，所選擇的蔬菜品種更加多樣化，更適合家庭對蔬菜品種的需求。采用浮板漂浮栽培，則更適合喜水的蔬菜種類，如生菜、芹菜、香蔥、蕹菜等。無論陶粒栽培或漂浮培養栽培，池體均需要做防水處理，面積則根據所養殖水產品數量動態調整。若采用陶粒栽培，也需要設計安裝潮汐裝置（同培養硝化細菌的裝置），讓種植槽內的蔬菜根系間歇式獲得水分和氧氣。漂浮培養栽培方式支撐蔬菜的骨架采用高密度硬質泡沫板。在泡沫板開孔按照株行距10 cm×10 cm 開孔，孔直徑大小4 cm，用于放置定植杯。種植池的高度要略高于養殖池水體，經蔬菜根系吸收凈化的水體可自流進入養殖池。

7 系統日常管理

將整個系統設施設備組裝連接好后，即可開始水產養殖及蔬菜種植。水產養殖品種可選擇觀賞的錦鯉及可食用的鯽魚、草魚、青波等。每天定時向養殖池中投放魚飼料，作為整個系統中的唯一肥源。養殖水產品數量和投放飼料的多少要更根據蔬菜種植的面積和長勢確定。當蔬菜表現缺肥的癥狀時，可以增加魚飼料的用量或增加魚的數量。在硝化池中，初期可以加入少量商品硝化菌，以便硝化菌快速繁殖并穩定消解氨氮。潛水泵工作的頻率可以通過微電腦開關設定間歇式工作，便于節省電費。原則上保證水體無明顯的魚糞或殘餌的懸濁物。平時還要每月用pH 試紙檢測水體的酸堿度，保持水體弱堿或微酸的環境。蔬菜要根據家庭的喜好需要選擇繁殖品種，也可以培育一些喜水花卉品種，直接放置在陶粒中或用定植杯漂浮于浮板定植孔中。蔬菜要輪流分批次采收，避免蔬菜根系短時間大量減少造成水體中營養富集。