鱼菜共生养殖模式对锦鲤生长、消化酶活力的影响及养殖推广效益测算

史东杰，胡金有，王赛赛，陈晓璇，朱 华，张 欣

(1.北京市水产科学研究所暨国家淡水渔业工程技术研究中心，北京 100068；2.农业部都市农业(北方)重点实验室，北京 100097； 3.渔业生物技术北京市重点实验室，北京 100097； 4.中国农业大学，北京 100083； 5.天津农学院 水产学院，天津 300380)

都市型现代农业的突出特点是高投入、高产出，其功能在原有生产功能的基础上，拓展为兼具生态功能、生活功能和示范功能，因此，探索新型的环保养殖模式是当前水产养殖业调结构、转方式的关键点。

鱼菜共生是一种新型的复合农耕生态体系，是将养鱼与水生植物无土栽培有机结合，其主要体现为水中养鱼、水上种菜的立体养殖模式，养殖鱼类排泄物可以为水生植物提供营养，水生植物发达的根系可以吸收水中有机物而起到净化养殖用水的效果[1-3]。在整个养殖系统中，不需要为鱼换水，也不需要为水生植物施肥，实施养殖系统的自我修复功能，从而达到节水、低氮和无废排放的目的。研究表明，鱼菜共生系统还可以提高养殖鱼类的饲料转化率，促进生长[4]。这一模式在国外发达国家发展较为迅速，而在我国发展不到20 a，但其已被多地渔业部门立项研究并进行示范推广，不仅生态效益显著，也可为农民增收做贡献，可实现每公顷池塘净增7 500～15 000元的效益[5-11]。

鱼菜共生养殖模式在鲤鱼(Cyprinuscarpio)、鲫鱼(Carassiusauratus)、吉富罗非鱼(Oreochromisniloticus)、非洲鲶鱼(Clariasgariepinus)、彩虹鲷(Viejafenestratus)、淡水白鲳(Colossomabrachypomum)、长吻鮠(Leiocassislongirostris)和斑点叉尾鮰(Ietaluruspunetaus)等鱼类和番茄(LycopersiconesculentumMill.)、茄子(Solanummelongena)、黄瓜(CucumissativusL.)、辣椒(Capsicumannuum)、莴苣(LactucasativaLinn.)、鱼腥草(HouttuyniacordataThunb)、空心菜(IpomoeaaquaticaForsk)、芥菜(Brassicajuncea)等植物上进行了相关试验研究，都取得了较好的研究成果[2,6,8,12-16]。锦鲤被誉为水中的活宝石，是极具市场前景的一种大型观赏鱼，在我国已有几十年的养殖历史，景观效益和经济效益突出。目前，鱼菜共生养殖模式在观赏鱼产业中的应用尚未见到。因此，以锦鲤为试验对象，比较不同生物浮床覆盖率的鱼菜共生养殖模式与传统养殖模式下锦鲤生长和消化酶活力的差异，并对养殖效益及技术推广后产生的经济效益进行测算，是将鱼菜共生养殖模式应用到观赏鱼产业的一种新的尝试，旨在为该模式与观赏鱼产业的结合应用奠定基础，同时也为综合评价该模式在鱼类养殖中的应用效果提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验选用15个水泥池，规格均为5.0 m×8.0 m×1.2 m，养殖水深1 m，水泥池经过二氧化氯消毒并冲刷干净后用于试验。

试验用鱼为红白锦鲤，初始体质量为(257.54±5.74) g，共计3 000尾。空心菜购自北京顺义某市场，为北京本地品种。

鱼菜共生养殖模式均采用PVC管结构生物浮床，其上面种植空心菜，空心菜通过PVC绳索固定在培载孔和栽培载体内部，形成空心菜生物浮床，并通过PVC绳固定在水泥池的一边，每个培载孔直径为2.0 cm，种植1～2株空心菜。

1.2 试验设计及饲养管理

试验设计4种锦鲤-空心菜共生养殖模式，试验所用15个水泥池平分成5组，分别为1号组(Ⅰ#)、2号组(Ⅱ#)、3号组(Ⅲ#)、4号组(Ⅳ#)和5号组(Ⅴ#)，其中Ⅰ#为对照组，即不设置生物浮床；Ⅱ#投放生物浮床覆盖面积约占水泥池表面积的5%；Ⅲ#投放生物浮床覆盖面积约占水泥池表面积的10%；Ⅳ#投放生物浮床覆盖面积约占水泥池表面积的20%；Ⅴ#投放生物浮床覆盖面积约占水泥池表面积的40%。每个试验池投放200尾锦鲤，每组设3个重复。

在试验期间，所有试验池和对照组日常管理均相同，养殖用水为地下井水，水温为室温，pH值7.4，溶解氧(Do)≥5 mg/L，光照为自然光源。每日投喂2次(9:30、17:00)，投喂量为鱼体质量的3%～5%，根据鱼体的摄食情况做适当调整。试验于2016年6月1日—11月1日进行，共计5个月。

1.3 样品采集及指标测定

试验开始后，分别于7月15日、9月15日、11月1日定期取样3次，每次取样前禁食24 h，每次每池取样40尾，用适量的丁香酚暂时麻醉后，测量试验鱼体质量并做记录，然后将其中的3尾鱼在冰盘上迅速解剖，分离出整个肠道，双蒸水冲洗，迅速用液氮冷冻2 min，放入-80 ℃超低温冰箱保存，备测肠蛋白酶、肠脂肪酶和肠淀粉酶等消化酶的活力。肠蛋白酶、肠脂肪酶和肠淀粉酶的活力测定采用北京澳联雅实验设备中心的试剂盒，具体测定方法参照试剂盒说明书。试验结束时，每个养殖池按照锦鲤总数50%的比例进行丁香酚麻醉，测量体长/体高，并按照农业部水产行业标准对红白锦鲤进行分级。根据各阶段的记录数据，按照公式(1)—(3)计算增重率、特定生长率及成活率。

增重率(WGR)=[(终末体质量-初始体质量)/初始体质量]×100%

(1)

特定生长率(SGR)=[(ln终末鱼体质量-ln初始鱼体质量)/饲养天数]×100%

(2)

成活率(SR)=(试验末鱼尾数/试验初鱼尾数)×100%

(3)

1.4 养殖效益测算

按照成本收益测算本试验养殖效益。本研究成果形成后，在京津冀地区示范推广了2 a，按照国家农业科研成果经济效益测算方法的相关规定[17-18]，对该养殖技术模式近2 a在京津冀的推广经济效益进行测算，测算的主要指标为鱼菜共生养殖模式已获经济效益(公式4)、鱼菜共生养殖模式还可能产生的经济效益(公式7)、鱼菜共生养殖模式年经济效益(公式8)、科研投资年均收益率(公式9)、单位规模新增纯收益(公式5)和已推广期间应分摊的科研费用(公式6)。测算的主要数据为北京市观赏鱼创新团队项目投入资金和该模式在京津冀地区观赏鱼产业中应用的相关数据资料。

鱼菜共生养殖模式已获经济效益(元)=单位规模新增纯收益×缩值系数×已推广的有效规模-已投入的推广费用-已推广期间应分摊的科研费用

(4)

单位规模新增纯收益(元/m2)=总产值-总投入未使用本试验模式的产值

(5)

已推广期间应分摊的科研费用(元)=已推广规模/可能的推广规模×总科研费用复利值

(6)

鱼菜共生养殖模式还可能产生的经济效益(元)=单位规模新增纯收益×缩值系数×第i年内产生效益的规模-第i年内的推广费用

(7)

鱼菜共生养殖模式年经济效益(元)=(已获经济效益+还可能产生的经济效益)/经济效益计算年限

(8)

科研投资年均收益率(元)=年经济效益×科研单位经济效益分计系数/总科研费用复利值

(9)

1.5 数据统计分析

试验数据用平均值±标准差表示。采用SPSS 16.0软件进行数据统计和分析，用多重比较法进行组间差异显著性分析，显著水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 鱼菜共生养殖模式对锦鲤生长性能的影响

从表1可以看出，7月15日养殖45 d时，与对照组(Ⅰ#)相比，鱼菜共生试验各组(Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#、Ⅴ#)的终末体质量、增重率和特定生长率均无显著差异(P>0.05)；9月15日养殖105 d时，各试验组的终末体质量和增重率与对照组相比无显著差异(P>0.05)，且各试验组间差异也不显著，但各试验组特定生长率显著低于对照组(P<0.05)，且各试验组间特定生长率也存在显著差异(P<0.05)，随着各试验组生物浮床覆盖面积的增加而显著下降(P<0.05)；11月1日养殖150 d试验结束时进行最后取样，与对照组相比，各试验组终末体质量、增重率和特定生长率均显著增加(P<0.05)，且各试验组间也存在显著差异(P<0.05)。终末体质量、增重率和特定生长率随着生物浮床覆盖面积的增加先增加后显著下降，Ⅲ#组覆盖面积为10%时，3个指标均达到最高值。

2.2 鱼菜共生养殖模式对锦鲤消化酶活力的影响

从表2可以看出，7月15日养殖45 d时，各试验组肠蛋白酶活力显著高于对照组(Ⅰ#)(P<0.05)，但各组间差异不显著(P>0.05)；各试验组肠脂肪酶活力、肠淀粉酶活力与对照组相比无显著差异(P>0.05)，且各试验组肠淀粉酶活力与对照组水平相当。

9月15日养殖105 d时，与对照组相比，各试验组肠蛋白酶活力无显著差异(P>0.05)，组间差异亦不显著(P>0.05)；各试验组肠脂肪酶活力与肠淀粉酶活力均显著高于对照组(P<0.05)，2种酶的活力均随着生物浮床覆盖面积的增加先增大后显著降低，Ⅲ#组覆盖面积为10%时，活力均达到最大。

注：相同取样时间指标后面的字母不同表示差异显著(P<0.05)，下同。

Notes: Different letters after the same sampling time index show significant difference(P<0.05), the same below.

11月1日养殖150 d时，各试验组肠蛋白酶和肠脂肪酶活力显著高于对照组(P<0.05)，其中Ⅲ#组肠蛋白酶和肠脂肪酶活力显著高于其他试验组。在整个养殖周期内，肠蛋白酶和肠脂肪酶的活力随着生物浮床覆盖面积的增加，呈先增大后减小趋势，尤以Ⅲ#组覆盖面积为10%时，其活力达到最高。与其他各组相比，Ⅲ#肠淀粉酶仍保持最大活力。Ⅱ#、Ⅳ#、Ⅴ#组的肠淀粉酶活力与对照组无显著差异(P>0.05)。

表2 鱼菜共生养殖模式对锦鲤肠消化酶活力的影响 Tab.2 Effect of aquaponics mode on digestive enzyme activity of Cyprinus carpio haematopterus

2.3 鱼、菜的产量、品质和效益分析

在整个养殖期中，从8月份空心菜开始收割，每15 d左右收割一次，每个试验组分别收割8次，空心菜按照单价7元/kg计算，各试验组空心菜产量和效益见表3。Ⅲ#组获得的产量最高，为263.5 kg，获得的利润最高，为1 644.5元。

表3 不同试验组空心菜产量和效益情况Tab.3 Water spinach yield and benefit in different

空心菜收割后，对红白锦鲤进行网捕。从肉眼观察来看，各试验组锦鲤体色较对照组鲜艳浑厚，花纹切边明显。B级锦鲤单价按照500元/尾，C级锦鲤单价按照200元/尾，Ⅲ#组产值最高，达18.48万元，获利1.21万元(表4)。

表4 锦鲤分级占比及效益情况Tab.4 Classification and benefits of Cyprinus carpio haematopterus

注：表中所属级别、最高级别所占比例，均指按体型方面指标划分的级别；产值指通过体型、花纹、体色等综合判别所产生的产值；成本指养殖过程中成本总数。

Notes: The level and the proportion of the highest level in the table refer to the level of classification of body type indicators;the output value refers to the output value produced by comprehensive judgment of body type,pattern and body color;the cost refers to the total cost in the breeding process.

2.4 鱼菜共生养殖模式推广经济效益测算分析

鱼菜共生养殖模式在京津冀地区推广2 a来，累计规模133.4万m2，养殖方式、养殖周期均同试验，从表5可以看出，鱼菜共生养殖模式单位规模新增纯收益为113.48元/m2。此外，推广期间已投入的推广费用为26.68万元，计划在未来3 a内推广333.5万m2，已推广期间科研费用总计163.32万元，已推广期间应分摊的科研费用为18.69万元，已获经济效益为1 056.14万元。

新增纯收益缩值系数为0.7，根据表6，按照10%的年利率进行贴现计算，得到该模式未来还可能产生的经济效益为1 859.64万元。按照经济效益计算年限5 a计算，该模式可实现年经济效益583.22万元。按照推广单位经济效益分计系数为0.4计算，应用该模式科研投资年均纯收益率为4.17元。

表5 鱼菜共生养殖模式单位规模新增纯收益Tab.5 New net income per unit size under the aquaponics mode

表6 鱼菜共生养殖模式未来可能产生的新增纯收益Tab.6 New net income that may be generated in the future by the aquaponics mode

3 结论与讨论

鱼菜共生系统的关键技术是鱼菜共生技术，开展循环无废排放生产是最终的养殖目的。该模式是目前都市农业尤其是阳台景观农业最有推广价值的养殖模式，同时也是应对目前各类环境资源匮乏的重要模式[5,19]。在鱼菜共生系统中，需要关注的是鱼菜的和谐度、鱼菜共生方式及菜的覆盖度等方面的问题，只有系统平衡，才能产生共生效应[13]。

在本试验中，锦鲤成活率在整个养殖周期中均为100%，高于邓炳云等[20]研究罗非鱼-鱼腥草立体生态养殖模式罗非鱼的成活率(97%～100%)，可能由于本试验中锦鲤养殖密度低，种群内密度胁迫不大，故成活率较高。试验结束时，鱼菜共生养殖模式各试验组锦鲤的体质量和增重率都显著高于对照组，说明试验系统的水质适合锦鲤的正常生长，且整体优于传统养殖的对照组，证明养殖池中5%～40%的生物浮床覆盖面积可以保证锦鲤的正常生活。但对比所有生长数据发现，养殖池中10%的生物浮床覆盖面积试验组锦鲤的体质量、增重率和特定生长率显著高于对照组和其他试验组，可见，从生长指标来看，生物浮床覆盖面积为养殖池面积的10%为宜。在养殖试验结束时，40%的生物浮床覆盖面积的试验组锦鲤各项生长指标均低于其他试验组，推测此结果可能与养殖用水中的溶解氧有关系，随着空心菜覆盖率提高，养殖用水溶解氧降低，从而影响了鱼的生长，但具体原因还有待进一步研究。

本试验创新性地将鱼菜共生养殖模式应用于观赏鱼产业，发现空心菜生物浮床不仅提高了锦鲤的生长性能，而且对鱼体的肠消化酶活力有很好的调节作用，锦鲤的生长指标和空心菜的高产结果佐证此点。鱼类的消化酶研究一直是消化生理学的研究内容。研究表明，消化酶活力的提高，可促进鱼类对营养物质的消化吸收，从而促进机体发育和生长。在淡水养殖中，温度、酸碱度和重金属含量对消化酶活力具有重要影响[21]。就本试验整体而言，各试验组肠蛋白酶、肠脂肪酶和肠淀粉酶活力较高，推测可能是空心菜根系分必物对水体温度、酸碱度和生物群落结构具有调节作用，向着更有利于锦鲤生长的方向发展。但值得关注的是，本试验7月15日第1次取样的时候，各试验组肠蛋白酶活力显著高于对照组(P<0.05)，9月15日第2次取样时，各试验组肠蛋白酶活力与对照组相比无显著差异(P>0.05)，11月1日试验结束取样时，各试验组肠蛋白酶活力与对照组相比又具有显著差异(P<0.05)，就整体而言，肠蛋白酶活力先升高后降低，推测可能由于不同试验组的空心菜浮床覆盖率不同，使水体温度和酸碱度不同造成的。通过以上锦鲤肠消化酶指标的分析发现，锦鲤养殖池种植空心菜在一定程度上可提高锦鲤的消化酶活力，促进鱼体新陈代谢，从而促进生长。一方面，由于空心菜浮床降低了养殖用水的有害物质的浓度，使锦鲤生活环境得到改善，从而促进鱼体生长，另一方面，空心菜生长过程中也会为锦鲤提供营养物质，使其生长过程中营养更加均衡[22-23]，但具体作用机制有待进一步研究。

本试验完成后，进行了为期2 a的示范推广，根据技术研发单位和技术使用单位提供的技术资料和数据，按照中国农业科学研究院经济研究所编制的农业科研成果经济效益计算方法对本试验成果进行了经济效益测算，该方法已经由农业农村局推广到各地使用。推广结果表明，1 m3水体养殖250 g左右的锦鲤5尾，配合养殖池10%空心菜覆盖面积，从经济效益各项指标来看，该模式在经济效益计算5 a期内，已获经济效益为1 056.14万元，可能产生的经济效益为1 859.64万元，可实现年经济效益583.22万元，应用该模式平均1元研制费用，在模式应用于养殖生产后平均每年将为社会新增加纯收益4.17元，按照年均纯收益率的临界值为0，此值在10以内，说明技术数据科学合理。

本试验以空心菜生物浮床为主的鱼菜共生养殖模式在一定程度上可显著提高锦鲤的生长性能、品质，并通过空心菜产生副产品效益，为建立基于鱼菜共生模型的观赏鱼生态、持续的养殖模式奠定了理论基础，下一步将继续优化该养殖模式，以取得显著的经济效益。