魚菜共生生態(tài)種養(yǎng)模式的探索與應用效果*

劉永軍 張停林 宋妙龍

（1.上海綠椰農(nóng)業(yè)種植專業(yè)合作社，上海 青浦201716；2.上海市青浦區(qū)蔬菜技術推廣站，上海 青浦201799；3.上海市青浦區(qū)水產(chǎn)技術推廣站，上海 青浦201799）

魚菜共生是一種將水產(chǎn)養(yǎng)殖與水培蔬菜有機結(jié)合起來的新型生態(tài)種養(yǎng)模式，可實現(xiàn)養(yǎng)殖尾水零排放、蔬菜種植零化肥零化學農(nóng)藥，養(yǎng)魚無需擔憂水質(zhì)、種菜無需擔憂連作障礙的生態(tài)共生效應[1]。傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖，隨著水產(chǎn)排泄物的累積，水體中的氨氮含量逐漸增加，毒性逐步增大[2～3]。魚菜共生系統(tǒng)模式中，水產(chǎn)養(yǎng)殖的水被輸送到水培系統(tǒng)，水中微生物將氨氮、亞硝酸鹽分解轉(zhuǎn)化為硝酸鹽后可直接被蔬菜吸收利用。魚菜共生系統(tǒng)下，動物、植物、微生物三者之間保持和諧的生態(tài)平衡關系，是可持續(xù)、零排放的生產(chǎn)模式，更是有效解決農(nóng)業(yè)生態(tài)危機的有效方法。

1 魚菜共生系統(tǒng)模式的創(chuàng)建

上海綠椰農(nóng)業(yè)種植專業(yè)合作社多年來一直致力于魚菜共生系統(tǒng)模式的探索與應用。2015年技術團隊在居家陽臺初步嘗試構(gòu)建魚菜共生系統(tǒng)，2016年建成第1代魚菜共生試驗系統(tǒng)，2019年建成模塊化魚菜共生生產(chǎn)系統(tǒng)[4]。第1代和第2代魚菜共生系統(tǒng)運行效果不理想，共生系統(tǒng)存在激活時間長、能耗高、過濾硝化能力低、水質(zhì)處理能力較弱等問題。2020年，技術團隊對系統(tǒng)進行了升級，建成了第3代數(shù)字模塊化魚菜共生系統(tǒng)。該系統(tǒng)運行8個月以來，表現(xiàn)良好，很好地解決了前2代共生系統(tǒng)存在的問題。

2 第3代魚菜共生系統(tǒng)的工藝流程

魚菜共生系統(tǒng)由人工濕地、養(yǎng)殖桶、種植床、固液分離裝置、營養(yǎng)轉(zhuǎn)化裝置、水處理床和回水池等組件構(gòu)成。系統(tǒng)利用水位高度差形成的水重力流進行一級動力運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了閉環(huán)運行，減少了能耗和故障率。第3代魚菜共生系統(tǒng)的工藝流程見圖1。

圖1 第3代魚菜共生系統(tǒng)的工藝流程圖

3 第3代魚菜共生系統(tǒng)構(gòu)成

3.1 人工濕地

上海地區(qū)夏季溫度較高，氣候炎熱，水分蒸騰蒸發(fā)速度快，加上蔬菜作物的吸收利用，系統(tǒng)中水分流失多，需定期補水。建造人工濕地的目的是通過種植水葫蘆、狐尾草和水芙蓉等植物凈化河水和流入的尾水，使水體達到漁業(yè)養(yǎng)殖用水標準，解決系統(tǒng)定期補水的問題，保障了魚菜共生系統(tǒng)的正常運行。

3.2 養(yǎng)殖區(qū)

養(yǎng)殖區(qū)由8個直徑6 m、高1.45 m的圓形養(yǎng)殖桶組成。養(yǎng)殖桶底部為錐形，設有排水口，兼具集污排污功能。桶內(nèi)設有增氧和進水管道，實現(xiàn)了桶內(nèi)養(yǎng)殖水體定向旋轉(zhuǎn)，增強了集污效果，減少有機物在桶內(nèi)的沉積量，以提高養(yǎng)殖水體的質(zhì)量。

3.3 種植區(qū)

種植區(qū)設置規(guī)格為4 m×1.3 m×0.3 m的礫石培種植床60個。每個床體設有進水口，水流通過虹吸方式回流出去實現(xiàn)種植床的潮汐水位，為蔬菜生長提供了充足的氧氣。操作人員可通過調(diào)節(jié)虹吸管的長度來控制種植床的水位，以滿足蔬菜不同生長期對水分的不同需求。蔬菜發(fā)達的根系在吸收水體中養(yǎng)分的同時凈化了水體，實現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)資源的循環(huán)利用。

3.4 過濾硝化區(qū)

過濾硝化區(qū)由固液分離裝置、營養(yǎng)轉(zhuǎn)化裝置、水處理床和回水池組成。養(yǎng)殖桶中魚的排泄物及殘餌經(jīng)固液分離裝置分離，形成兩個流向。一路為高濃度大顆粒營養(yǎng)物經(jīng)營養(yǎng)轉(zhuǎn)化裝置內(nèi)微生物菌群的分解發(fā)酵，轉(zhuǎn)化為液態(tài)營養(yǎng)液，被釋放進水處理床；另一路為微小顆粒營養(yǎng)物直接進入水處理床，經(jīng)硝化轉(zhuǎn)化后成為蔬菜可吸收的養(yǎng)分。全系統(tǒng)采用一級動力運行，最高處為養(yǎng)殖區(qū)，最低處為回水池，池內(nèi)安裝水泵，經(jīng)處理凈化后的水回流至養(yǎng)殖桶形成閉環(huán)運行。

3.5 數(shù)字化監(jiān)管平臺

第3代魚菜共生系統(tǒng)初步建成了數(shù)字化監(jiān)測預警管理平臺。監(jiān)管平臺對系統(tǒng)內(nèi)的水質(zhì)指標（溶解氧、pH值、水溫、ORP、電導率）、棚內(nèi)外的環(huán)境指標（溫度、濕度、CO2、風力、風速和光照度）、設備運行狀態(tài)（氣壓、水壓、水位等）進行實時監(jiān)測和風險管控。第3代魚菜共生系統(tǒng)數(shù)字化監(jiān)管平臺界面見圖2。

圖2 第3代魚菜共生系統(tǒng)數(shù)字化監(jiān)管平臺界面

4 應用實例

4.1 青菜品種篩選試驗

2020年我們應用第3代魚菜共生系統(tǒng)開展青菜品種篩選試驗。參試青菜品種有8個，分別為海青2號、新夏青3號、新夏青5號、芙蓉青梗菜、長征二號、長征三號、長征六號和超華28。各參試青菜品種于5月28日直播。觀察發(fā)現(xiàn)，超華28長勢較好（見圖3），其余參試品種耐濕性差，出苗后死苗現(xiàn)象嚴重。

圖3 第3代魚菜共生系統(tǒng)中超華28青菜的長勢

4.2 青菜種植比較試驗

2020年秋季我們以超華28為試驗材料，開展魚菜共生和大棚種植的比較試驗。大棚種植的，播種前施三元復合肥30 kg/667 m2作基肥；魚菜共生模式種植的，播前不施任何肥料。9月19日直播，11月2日調(diào)查青菜的長勢并測定產(chǎn)量。超華28青菜在兩種種植模式下的長勢和植物學性狀見圖4、表1。

圖4 超華28青菜的長勢（左為魚菜共生模式，右為大棚種植）

表1 不同種植模式下超華28青菜的植物學性狀

由圖4、表1可知，魚菜共生模式下超華28青菜的長勢明顯好于大棚種植模式，其株高、最大葉和最大葉柄均大于大棚種植，但產(chǎn)量相差不大；魚菜共生模式下種植的青菜葉片顏色較淺，可能是試驗期間系統(tǒng)內(nèi)養(yǎng)殖的加州鱸魚數(shù)量較少、水中養(yǎng)分不足造成的，后期生產(chǎn)期間還需根據(jù)水中養(yǎng)分情況適當噴施葉面肥補充養(yǎng)分；魚菜共生模式下種植的青菜水分含量較高，比大棚種植的青菜口感脆嫩，采收時葉片易被折斷；兩種種植模式下青菜的硝酸鹽含量相差不大。

4.3 生菜和芹菜種植試驗

2020年春季，我們以米羅生菜和申香芹一號芹菜為試驗材料，開展其在魚菜共生模式下的種植試驗。試驗結(jié)果表明，兩種模式下的生菜和芹菜均長勢良好，生長速度快，產(chǎn)量高，生菜產(chǎn)量達3 595 kg/667 m2，芹菜產(chǎn)量達3 468 kg/667 m2。由此可見，生菜和芹菜適宜在該模式下種植（見圖5）。

圖5 生菜和芹菜在魚菜共生模式下的長勢

4.4 加州鱸魚養(yǎng)殖試驗

試驗設置1～4號養(yǎng)殖桶4個，養(yǎng)殖水體32 m3。2019年7月21日開始養(yǎng)殖加州鱸魚，放養(yǎng)規(guī)格為44尾/kg，共4 545尾；8月21日過篩分大小，1號桶放養(yǎng)加州鱸魚1 131尾，規(guī)格為62.5 g/尾；2號桶放養(yǎng)加州鱸魚1 020尾，規(guī)格為62.5 g/尾；3號桶放養(yǎng)加州鱸魚1 020尾，規(guī)格為44.1 g/尾；4號桶放養(yǎng)加州鱸魚1 252尾，規(guī)格為44.1 g/尾。養(yǎng)殖4個多月后，加州鱸魚生長良好，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，1號桶、2號桶的加州鱸魚平均規(guī)格達到350 g/尾，3號桶、4號桶的加州鱸魚平均規(guī)格達到320 g/尾，平均成活率為90%，平均產(chǎn)量達42.8 kg/m3，養(yǎng)殖效益為17.9萬元/667 m2。魚菜共生模式下加州鱸魚的養(yǎng)殖效益遠高于傳統(tǒng)魚塘養(yǎng)殖（見表2）。

表2 不同養(yǎng)殖模式下加州鱸魚的養(yǎng)殖效益

5 小結(jié)

魚菜共生是一種生產(chǎn)實用型生態(tài)種養(yǎng)模式，是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的新趨勢。青菜、芹菜和生菜等蔬菜和加州鱸魚在第3代魚菜共生系統(tǒng)中表現(xiàn)出生產(chǎn)效益高、生態(tài)效益好的特點。我們技術團隊下一步的工作重點是加大水產(chǎn)養(yǎng)殖品種和蔬菜種植品種的引試力度，豐富適宜該系統(tǒng)的種養(yǎng)品種，并進行水質(zhì)變化和營養(yǎng)轉(zhuǎn)化的大數(shù)據(jù)分析，構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，優(yōu)化系統(tǒng)的運行效果，提高系統(tǒng)的運行效率。