罗氏沼虾及蔬菜在日光温室内不同养殖系统中生产性能的比较研究

王大贺，陈旺，蔡鹏飞，刘少贞，王伟伟，刘青

（山西农业大学动物科学学院，山西 太谷 030801）

当前天然渔业资源量不断减少，而人们对水产品的需求量却不断增加，水产养殖在渔业领域中的贡献比率日益增大[1]。传统池塘高密度养虾模式的发展多是以消耗自然资源、污染环境为代价，工业化农业生产对能源密集型化肥生产和大量水资源的依赖引发了可持续性的大问题。在社会生活中，生产中污水处理、农业灌溉、畜牧业等无不将矛头指向水资源的合理使用[2]。当前，全国范围内正在限制和取缔污染高的“小棚”养虾模式，纵观历史，农业的生产以各种形式融入并适应社会发展，特别是近现代，城市的快速发展，城市通过贸易和创新的中心地位来激励农业的发展[3]，集约、创新的农业生产形式的生存必须依赖创造更有价值的产品。虾菜共生系统可以很好地解决污染外排的问题，提供更健康的产品和可持续发展的健康水产养殖业。虾菜共生体系将虾的循环水养殖和水耕栽培立体结合，以实现节能减排、节约土地、充分利用养殖空间[4]。系统中的物质和能量良性循环使物质能量朝着虾菜双方流动，而不产生外排污染物，是典型的生态循环农业经济模式[5-7]。对鱼菜共生的研究相对较多，而虾菜共生，尤其是日光温室内的虾菜共生系统研究却鲜见报道。本试验比较研究了日光温室内的虾菜共生系统、土工膜覆盖池及室内循环水养殖系统的生产效能，以期为推进该综合种养模式的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验场所、设施和运行

本试验中，虾菜综合种养系统和土工膜覆盖池在相同的日光大棚内进行，循环水养殖系统在室内进行。日光大棚配置有卷帘、遮阳网、照明灯等环境控制设备和在线水质监测器（购于帮邦水产）实时监测水温、溶解氧和pH 变动。综合种养系统由自行设计定制的轴长6 m×3 m 的椭圆形PVC 框架鱼池组成。鱼池由钢架吊装固定，上面固定六根相通且串联并列的种植管道（内径9.3 cm，长3.03 m），管道向上面打孔作栽培孔，左侧3 根管道中放有火山岩和陶粒，右3 根则无基质[8-10]，管道从左到右编号1～6。框架鱼池内配备潜水泵（开40 min/h，关20 min/h）、过滤器、增氧机及水气输送管等装置。虾菜共生系统定时间隔循环水运行[11]，潜水泵将养殖水提升至高位过滤桶（滤袋、火山岩、陶粒、生物球、过滤棉等材料）后，自流输送至栽培管道内经蔬菜根部吸收后流回养殖池内。采用高压涡轮风机（开20 min/h，关40 min/h）和配套气管路通过微孔增氧管曝气。高温期以遮阳网控制光照强度并配合通风降温。试验过程中不排换水，仅补充自来水。整套系统水流量为1.5 m3/h，循环率为2.5 次/d，栽培区水流速约为3.68 m/min[12]。

土工膜覆盖池均为渔业用的HDPE 土工膜全部覆盖的土池，长宽深尺寸为10 m×5 m×1.5 m，也设于同一日光温室大棚内，根据水质情况排换水，池内微孔底部增氧与种养系统同步启闭。

温室大棚操作室内循环水养殖系统由上下三层共12 个独立进排水的40 cm×30 cm×30 cm 养殖箱和100 cm×40 cm×30 cm 的过滤箱组成，自然光照，循环过滤箱内有循环过滤、生物净化、增氧、温控等设备。

1.2 试验方法

购于浙江市场的体质量0.0083 g 的罗氏沼虾苗按表2 密度投放于大棚内虾菜共生系统、覆膜池以及室内循环水养殖系统中。试验期间，罗氏沼虾的日投饵率为4%～6%，根据虾摄食情况、天气、水质调整，每日记录实际投喂量；每周测量水体的氨氮、亚硝酸盐、磷酸盐、硫化物和溶解氧含量、pH 及温度[13]。每隔15 d 测量罗氏沼虾体质量、体长和蔬菜的重量、根上植株高。蔬菜苗种采用基质育苗盘自培，种类有小白菜、早熟大白菜、苣Lactuca sativa Linn.、芫荽Coriandrum sativum Linn.、雍菜Ipomoea aquatica Forsskal 等，蔬菜的种植密度为26 株/m2[14]，采用防虫网以及蓝板和黄板粘虫，防治蔬菜虫害。

表2 各养殖系统中罗氏沼虾试验前后的体质量、投放密度、成活率及饵料系数Tab.2 Body weight（BW）,stocking density,survival rate and food conversion ratio（FCR）of giant river prawn at the beginning and end of the experiment

1.3 数据采集与处理

虾的生长期为75 d，第一批蔬菜小白菜和早熟大白菜的生长期是45 d，第二批蔬菜小白菜、生菜、香菜受温度限制生长期是30 d，测量周期是15 d/次。测重时用吸水纸拭干虾和蔬菜表面水分，用游标卡尺（精度为0.1 mm）和电子天平（精度为0.01 g）测定。虾和蔬菜迅速测量完后立即放回水中。水质检测方法参考文献《养殖水环境化学实验》[15]。

虾和菜15 d 增重率和特定生长率的计算公式:

增重率WGR（%）=100×（Wt-Wt-1）/Wt-1；

特定生长率SGR（%/d）=100×（lnWt-lnWt-1）/D，其中Wt指第t 次测量虾的平均体质量，Wt-1 指第t-1 次虾的平均体质量，D 为饲养时间（d）。

利用SPSS 22.0 统计软件进行数据处理与分析，试验数据采用单因素方差分析、LSD 多重比较以及一般线性模型等方法进行分析，差异显著水平设为P＜0.05，利用GraphPad Prism5 软件作图。

2 结果与分析

2.1 基础水质情况

试验期间，虾菜共生系统和室内循环水系统只补充自来水，不换水。土工膜覆盖池水质的某项指标出现较大变动时每次更换1/4 的水体，以保证罗氏沼虾的正常生[16,17]。由表1 可知：试验期间各系统的氨氮、亚硝酸盐、硫化物、磷酸盐含量均处于较低水平，符合养殖水质指标，其中虾菜共生系统中氨氮含量更低、更稳定，水质均偏碱性；土工膜覆盖池中藻类繁殖旺盛，pH 过高，共换水4 次；室内循环水pH 稳定（图1），室内循环水硝酸盐含量较另外两系统高，且差异显著（P＜0.05）。相比而言，虾菜共生系统中氨氮、硝酸盐、pH、水温、磷酸盐等指标较稳定，溶氧处于较高水平（图1～图4）。在试验期间水质条件可满足罗氏沼虾和蔬菜正常生长需求。

表1 各养殖系统中水质变化情况Tab.1 Changes in water quality in various aquaculture systems

图1 各养殖系统中pH 随时间变化Fig.1 Change in pH level with time in various breeding systems

图2 各养殖系统中溶解氧随时间变化Fig.2 Change in dissolved oxygen level with time in various breeding systems

图3 各养殖系统中磷酸盐含量随时间变化Fig.3 Change in phosphate content level with time in various breeding systems

图4 各养殖系统中温度随时间变化Fig.4 Change in temperature with time in various breeding systems

2.2 罗氏沼虾的生长情况

由图5、图6 可知：试验期间，土工膜覆盖池罗氏沼虾的生长速度显著高于另外两种系统（P＜0.05）；虾菜共生系统中虾的生长速度高于室内循环水养殖系统，试验前期生长差异不明显，后期差异显著（P＜0.05）；虾菜共生系统的罗氏沼虾增长率、增重率、特定增长率和特定增重率均先缓慢再上升，而另外两种系统均呈下降趋势，养殖生产后期虾菜共生系统是否更有优势还有待研究。

图5 各养殖系统中罗氏沼虾体质量随时间变化Fig.5 Change in body weight of giant freshwater prawn with time in various breeding systems

图6 各养殖系统中罗氏沼虾体长随时间变化Fig.6 Change in body length of giant freshwater prawn with time in various breeding systems

2.3 共生蔬菜的生长情况

2.3.1 共生蔬菜的生长

试验期间菜共生中，小白菜和早熟大白菜生长良好，后者的生长速度稍快于小白菜（图7～图9）；45 d 内早熟大白菜平均增重31.01 g，小白菜平均增重16.26 g（表3）；每个阶段小白菜、早熟大白菜根上植株高的增长明显不同，差异显著（P＜0.05），重量变化仅在后两次测量时差异显著（P＜0.05）；其增重率和特定增重率在各阶段无明显差异（P＞0.05），而增长率和特定增长率最后一时间点有所降低，差异显著（P＜0.05）。小白菜成活率（94.8%）高于早熟大白菜（90.8%），这或与不同种类的蔬菜水培适应性有关[18,19]。

图7 虾菜共生系统中蔬菜高和重随时间变化Fig.7 Change in vegetable high and weight with time in shrimp-vegetable symbiosis systems

图8 虾菜共生系统中增长率和增重率随时间变化Fig.8 Change in vegetable growth and weight gain rate with time in shrimp-vegetable symbiosis systems

图9 虾菜共生系统中蔬菜特定增长率随时间变化Fig.9 Change in specific growth rate of vegetable with time in shrimp-vegetable symbiosis systems

表3 第一批小白菜和早熟大白菜生长情况Tab.3 Growth of the first batch of Chinese cabbage and early Chinese cabbage

2.3.2 基质对蔬菜生长的影响

种植管道中有基质栽培的早熟大白菜质量增长略快于无基质（图10），但差异不显著（P＞0.05），无基质栽培可以节约成本。结合水质指标，表明在规模化生产中可以采取无基质水培方式。虾菜共生系统其他产出。

图10 早熟大白菜在有无基质条件下重量随时间变化Fig.10 Change in quality of Chinese cabbage with time in the presence or absence of substrate

除罗氏沼虾和蔬菜，在虾菜共生系统中投放浮萍Lemna minor Linn.和伊乐藻Elodea nuttallii 以净化水质、遮阳、为虾生长栖息和隐蔽场所，囊螺Physlla acuta 可以有效控制藻类密度和附着物，水芹Oenanthe javanica 定植管道中，定期剪收（表4）。

表4 虾菜共生系统中副产物Tab.4 By-products in the prawn and vegetable symbiosis system

3 讨论

3.1 三种系统中罗氏沼虾的生长

比较发现：不同系统养殖罗氏沼虾各有利弊，根据养殖的预期效果，可从不同角度观察并选择，以谋求最大的经济效益和生态效益。但总体是：虾菜共生系统较优于另外两种系统。

虾菜共生系统控制水质的优势更突出，室内循环水养殖系统和土工膜覆盖池略有不足。虾菜共生池过滤器和基质以及植物根系具有物理过滤、微生物分解和吸收净化。蔬菜生长良好，小白菜、早熟大白菜、莴苣等生长周期在30～40 d 即成品可食。副产物浮萍、水芹、螺生长旺盛，具有很强的净水效果，并能为虾提供天然饵料和栖息、避敌场所。在整个试验过程中水体较清瘦，藻类稀少，水体透明度高，微藻、细菌等作为养殖池生态系统的重要组成部分，其群落结构与多样性在水质调节、养殖生物的生长、疾病控制及维持生态系统的稳定性等方面发挥着重要作用[21]。蔬菜发达的根系以及基质火山岩和陶粒可附着微生物，是微生物良好的生长载体，可显著降低水体中氮磷含量[21-23]，减少了水体中一些不利于养殖生物生长的细菌数量，如变形杆菌Proteus sp.、拟杆菌Bacteroides sp.和假单胞菌Pseudomonas sp.等[24]。由表1 可知，虾菜共生系统中氨氮最低水平，pH 最稳定，尤其在降低硝酸盐和磷酸盐含量，控制水质的能力优于室内循环系统。

室内循环水养殖系统有过滤和加温装置，可在一定程度上维持水体稳定；室内受气候影响更小，养殖温度更易控制。由图4 可知，当温度低于养殖适宜温度时，可采用恒温加热器等调温设施保持温度适宜。然而，小水体和自然光照不足等因素限制藻类的生长，室内循环水养殖系统的磷酸盐和硝酸盐含量显著高于其他系统（P＜0.05），间接说明植物和藻类具有积极消除磷酸盐、硝酸盐积累的作用[25,26]。

土工膜覆盖池养殖期间水质良好，水色呈茶褐色，含有丰富的微藻和菌群，为罗氏沼虾生长提供了部分饵料和营养物质。土工膜覆盖池水温昼夜温差小，保温效果好，但土工膜覆盖池水质最不稳定，特别是pH 易过高，养殖期间共换水4 次，每次换水1/4。

土工膜覆盖池中罗氏沼虾的生长最好，其次是虾菜共生系统，最后是室内循环水养殖系统。

虾菜共生系统中罗氏沼虾的生长速度较另外两种系统处于中等水平，饲料系数和成活率却分别处于最高和最低。养殖试验前期虾的死亡率较高，推测原因：（1）水体浮游生物稀少，水体透明度大，虾的应激较大，虽然有水草和浮萍等，但效果依然不好；（2）地上池加有保温层但不如地下土工膜覆盖池和室内养殖系统保温好，前期天气不稳定，对虾的成活率的影响较大；（3）可能运行早期系统不够成熟，放养密度偏高而系统水质净化能力不足。确切原因可通过研究水体、蔬菜根系以及虾肠道的微生物组成差异，了解微生物环境基因组[27]，进一步探讨影响实验结果的微观原因。

试验后期室内循环水养殖系统中虾的生长速度明显低于另外两种养殖方式。试验结束时室内循环水养殖系统中罗氏沼虾的平均体质量、成活率、饲料系数等指标不尽如人意。因此，室内立体循环系统还需进一步改进和完善，才能有稳定的生态效益和合理的经济效益。

土工膜覆盖池罗氏沼虾的生长速度、成活率均高于其他系统，饲料系数明显低于其他系统。由图5、图6 可知：试验中后期，土工膜覆盖池中虾的生长明显快于另两种养殖方式，可能与饵料充足、水质良好及应激小有关。

本次试验所用虾苗受长途运输、应激反应、放养密度大[28]等因素的影响，三种养殖模式的成活率或高于某些池塘养殖罗氏沼虾模式[29]，但不及池塘精养模式[30]，生长性能高于实验室内鱼缸养殖罗氏沼虾[31]，低于池塘精养模式。

观察比较发现：三种养殖模式中罗氏沼虾的额剑和第一步足颜色不一。虾菜共生系统中小部分罗氏沼虾的额角尖端呈红褐色，第一步足的掌节、腕节、长节部位呈红色（图11-b），另外一部分额角和第一步足颜色几乎是无色透明；土工膜覆盖池中绝大部分罗氏沼虾的额剑和第一步足的掌节、腕节、长节部位呈淡青蓝色（图11-c）；室内循环水养殖系统中两种颜色类型的罗氏沼虾均存在一小部分，另外一部分罗氏沼虾额剑和第一步足颜色几乎是无色透明（图11-a）。其原因可能是水体透明度、环境颜色不一或环境胁迫[32]。当罗氏沼虾长期处于氧化应激状态时，体内游离的抗氧化物质虾青素、VC、VE 含量下降[33]，这种状态的持续会导致身体某一部位颜色的改变。

图11 各系统罗氏沼虾的体色Fig.11 Body color comparison of giant river prawn M.rosenbergii in three systems

3.2 虾菜共生系统中蔬菜生长情况

本试验所用小白菜、早熟大白菜等苗种根部至少长4～6 cm，根上部分长6～8 cm 时即可移植至定植管道中，定植过程中避免损坏幼苗。试验中蔬菜主要虫害为蚜虫，通过喷水和粘虫板物理除虫害。试验所用蔬菜平均成活率为92.8%，即使是同一种蔬菜的生长状况也有所不同，单个植株大小不均匀。水培蔬菜的生长周期与陆生基本一致。由图10可知，早熟大白菜在有基质条件下生长速度略快于无基质条件，但差异并不显著。有基质栽培的早熟大白菜根系更发达，扎根蓬松，而无基栽培蔬菜的根系在水流作用下聚集在一起，吸收养分的面积相对较小，所以有基质条件下的根系处理水的效果也优于无基质的根系。在满足对水质净化的前提下，可选择无基质水培方式，减少火山岩、陶粒的使用，降低成本，减轻支持框架负荷，方便蔬菜的采收。

尝试在虾菜共生池内水面的泡沫浮板上定植的小白菜和早熟大白菜，但效果不佳，甚至有的植株慢慢枯死，而栽培管道中的蔬菜却能正常生长，说明水流对蔬菜的生长有一定的促进作用，有利于根系对水中营养物质的吸收利用[34]。在硝酸盐浓度为25 mg/L 的静水水体中，定植在泡沫浮板上的小白菜、早熟大白菜生长明显优于定植于水体硝酸盐浓度为4 mg/L 的虾菜共生池中。

3.3 结论

虾菜共生系统将养殖池、过滤装置、水耕栽培和循环净化设施有机整合在一起，维持了水质的稳定性，达到了生态养殖、增加养殖容量、提高产量的目的[35]。本试验系统设置于地面之上，便于操作管理、观察虾的生长和收获，可大规模、高密度养殖。设置水质环境智能检测系统，实时掌握养殖环境状况[36,37]，极大地节约了人力。虾菜共生系统收获了罗氏沼虾、蔬菜、水芹等产物，但产量还有待提高，特别是提高虾的成活率、减少应激等。鉴于养殖前期，在新建虾菜共生系统内罗氏沼虾成活率低于较室内循环水养殖系统，虾苗可在室内循环水养殖系统内培育，待虾苗体长达1.5 cm 左右时移入虾菜共生系统。室内循环水养殖系统的中间培育方便收集转移，但生长慢；在土工膜覆盖池中间培育生长速度快，但收集转移不便，环境温度不易控制。结合不同养殖系统中各时段罗氏沼虾的生长性状，可以选择不同的养殖系统进行养殖生产。可利用虾菜共生系统优良的养殖条件，作为成虾售前的暂养池，改善虾的养殖环境，提高肥满度，产量和质量。室内循环水养殖系统有待进一步改进，如适当补光、调节水交换率和改进养殖管理方法等，以更适合虾类的循环水养殖。土工膜覆盖池与传统高密度池塘养殖一样需要解决养殖污水处理问题，水质处理会加大养殖成本，可采取池中种草和池塘漂浮水培蔬菜进行综合种养以达到水质调控减少换水的效果。