鱼菜共生系统气雾栽培模式的构建

凌利宏，黄丹青，张 蕊

(安徽大地智慧农业科技有限公司,安徽合肥 230031)

鱼菜共生系统是一种结合水产养殖和蔬菜种植的复合型生态系统，通过植物对养殖水中氮元素的富集，在净化水体的同时完成了营养物质的循环利用，实现了养鱼不换水、种菜不施肥的理想生态生产状态，符合当下“生态文明、绿色发展”的现代农业新要求。鱼菜共生理念与实践可追溯至20世纪之前，当时的农民会在稻田里养鱼，用鱼粪来肥沃田地；随着科学技术的进步，UVI和NCSU鱼菜共生系统研究应运而生；在当下全球资源紧张及环境污染问题突出的严峻形势下，鱼菜共生技术开始高速发展，其市场也快速扩大，现今鱼菜共生系统已不仅局限于传统的农业养殖产业，而是开始进入都市农业、都市及家庭的景观应用之中。鱼菜共生系统具有生态高效、节能减排的优势，在现代农业生产及水产养殖水体修复中都将发挥重要作用。

鱼菜共生系统是由植物、水生动物、微生物组成的小型生态系统，水生动物的粪便及饲料残渣中的含氮物质经过微生物的硝化作用转化成植物体生长发育所需要的硝酸盐，在氨氮循环过程中养殖水得到了净化，水生动物、微生物、植物三者实现生态平衡。而气雾栽培技术是一种新型的无土栽培技术，它让植物摆脱了土壤、水及重力的限制，使立体化种植成为可能，保证了植物对温度、光、水、气营养物质的最大化利用，创造了工厂化集约化生产的最佳模式。该研究的鱼菜共生系统气雾栽培模式即利用气雾栽培技术实现鱼菜共生系统生态循环，通过雾化设备营造气雾环境，为植物处在密闭处的悬空根系提供养分以维护其生长发育，提高有机物转化效率，降低病害发生率，促进植物产量、质量的提升，同时借助植物根系的净化增氧作用实现水体更新循环，维护鱼类生长环境。

1 鱼菜共生系统分类

根据循环模式的差异可将鱼菜共生系统分为开环模式和闭锁模式。开环模式是指种植池与养殖池之间形成开路，养殖池排放的废水直接输送到蔬菜种植系统，不发生回流和自循环，当养殖水发生消耗时便注入新水。闭锁模式相比开环模式更加节能环保，养殖水经过硝化处理和微生物净化后，氨氮物质转化为供应植物生长的硝酸盐，植物根系在吸收营养物质的过程中对养殖水进行了生物过滤，经植物吸收净化后的水再次输送入养殖池中，形成水从养殖池进入种植池、再返流入养殖池的闭锁模式。

根据植物种植方式可将鱼菜共生系统分为基质栽培、深水栽培和气雾栽培模式。基质栽培中的基质一般包括陶粒、砾石等具有天然过滤作用的物质，将植物种植于基质中，基质便可以对养殖水中的残渣废物进行附着过滤分解转化为营养物质，用以维持植物的生长；在深水栽培模式下的植物栽植于浮阀如PVC管或泡沫板上，植物随浮阀漂浮于种植池上，其根系完全沉浸水体中以吸收营养，养殖水经处理池净化后再引流入种植池中；气雾栽培模式和深水栽培模式的区别在于种植池的设计，根据雾培技术原理，将水培种植池更换为密闭不透光的雾化池，养殖水经净化后进入雾化池实现植物的雾化供养。

2 鱼菜共生系统气雾栽培模式的构建

鱼菜共生系统气雾栽培模式即将气雾栽培技术应用于鱼菜共生系统，这种模式可以提高水资源利用率，植物根系处于雾化环境中，吸收养分面积最大，只需基质培、水培1/10的用水量便可以完成相同生物量的增长；利用雾培技术可以提高鱼菜共生系统的空间利用面积，实现立体化种植，相比基质培、水培单位面积产量更大，净化水体效率更高；在雾化过程中有更多的氧气融入水中，便于为养殖水增氧，为水生动物提供更佳的生存环境。 雾培模式下的鱼菜共生系统，可以大大提高农业生产的集约化和工业化程度，使高效种植与无忧养鱼在同一时空进行，投喂的饲料作为水生动物的生长能量，产出的粪便及食物残渣则成为微生物的转化能源，再经过滤池与植物吸收形成良性生态系统，雾培技术的应用使鱼菜共生系统更为高效、简易、方便管理，也提高了鱼类、蔬菜的产量、品质。

鱼菜共生系统气雾栽培模式可由种植系统、养殖系统、净化系统、管道系统共同构建而成(图1)。种植系统用于种植植物，包括喷雾供液池与种植面板，喷雾供液池用于收集净化水并供给喷雾管道，种植面板上均匀设有放置种植篮的孔槽。养殖系统用于饲养水生动物，主要为养殖池。净化系统在整个系统中起废物隔离及物质转化的作用，包括过滤装置和硝化池，过滤装置可以由滤网或过滤器组成，借助机械过滤作用可以实现对养殖水中的食物残渣、粪便等污物的分离清除，硝化池用于培养净化富营养水、完成硝酸盐物质生成的硝化细菌，一般以珊瑚石、生物棉等为转化载体。管道系统是连接种植系统、养殖系统、净化系统的关键环节，包括吸污管、处理水输送管、植物种植喷雾管、回流管等，养殖废水通过吸污管、输送管到达喷雾管，形成喷雾为植物根系提供养分，再经回流管返送至养殖池中，在管道系统的作用下，完成了养殖水与种植水的交换利用，形成了微生物、植物、动物和谐共生共存的良性生态关系。

图1 鱼菜共生系统组成Fig.1 Composition of fish-vegetable symbiotic system

鱼菜共生系统气雾栽培模式由水生动物养殖池、瓜果蔬菜种植池、管道循环系统、过滤硝化池、雾喷设备、水泵、紫外线灭菌灯等组成。维持鱼菜共生系统健康运营的关键之一在于计算好种植与养殖之间的比例，科学合理的鱼菜比例才能保证鱼、菜、细菌三者的动态平衡，一般来说按每1 m种植面积对应鱼体种类为5 kg，鱼菜比例过大会导致水体净化效果变差，过小会影响蔬菜生长，因此要及时从鱼类及植物的生长发育情况判断系统是否达到平衡。

在确定好合适的鱼菜种养比例后便可以开始进行鱼菜共生系统气雾栽培模式循环系统的构建，鱼菜共生系统的水循环依赖于管道的铺设与设计，养殖池废水由吸污管进入过滤硝化池，废水在池中受过滤及微生物分解作用得到净化后，由连接的输送管进入喷雾供液池，供液池与喷雾管道连接，净化水经雾化后被植物吸收，随后回流水沿着连接的回流管道返回至养殖池中。鱼菜共生系统的管道选材一般采用经济的PVC管，结实耐用，水泵是管道的动力来源，基本上功率宜大不宜小，以4 000～5 000 W为佳，喷雾管一般选材为25PVC管，管上需安装“十”字弥雾喷头，用于均匀雾化效果。

鱼菜共生系统的种植系统与养殖系统的构建，可根据使用场景的不同进行分类。如是用于大规模的农业、渔业生产，养殖池、种植池可选用发泡水泥进行施工建设；如是用于都市、庭院景观研学等，养殖池可选用透明玻璃或者亚克力材料制成的鱼缸，种植池材料可以选用不透光的挤塑板、亚克力板等，而种植面板选用设有均匀栽植孔的泡沫板，便于控制植物种植密度与养护管理。

鱼菜共生系统的净化效果主要与滤材和过滤器有关，常见滤材包括毛刷、藤棉、珊瑚石、陶瓷环等，除了起到机械过滤的作用外，这些滤材还可以附着硝化细菌，能够快速分解鱼粪及饲料残渣，净化水质，为了进一步抑制水体藻类生长，可在养殖池中安装防水的紫外线灯用于杀菌。

在安装好鱼菜共生系统设备后，可先进行蔬菜栽培，蔬菜大多选择低需肥量的叶菜类植物如菠菜、生菜、空心菜等，将菜苗固定于种植面板上，开启设备，待蔬菜进入生长阶段时便可投放鱼苗，鱼类多选用鲫鱼、鲤鱼、罗非鱼等，在投、养鱼时应注意做到投前消毒、控制密度、少喂多餐、定期换水，为了方便管理，可采用自动喂食器定时定量投放饲料。在系统运行过程中，避免使用化学药物如抗生素、酵素、农药等。为了维护系统水体循环，需每天向养殖池中引入10%左右的净水用于补偿蔬菜、鱼体消耗用水。如遇到植物生长中缺乏微量元素的情况，可在鱼饲料中添加相应元素，通过鱼消化饲料、植物再吸收这种生物循环的方式予以补充。为了保障系统的稳定运行也要关注气候和环境的影响，通过控制温室通风、控温、补光等智能化系统调节温、光、湿度等指标，以营造最佳的生物生存环境。

鱼菜共生系统气雾栽培模式具有高效优质、生态环保、操作简便的特点，可以应用于现代农业的规模化生产中，也可以发掘出多元化的功能，如以休闲农业、都市庭院景观的形式丰富城市人们的生活，实现系统与第三产业如教研、文娱的融合，通过建造鱼菜共生系统观光体验园、家庭式鱼菜共生系统装置的设计以满足人们对自给自足的田园生活的向往，久在都市丛林中生活的人们通过种菜养鱼、采摘设备这种返璞归真的劳作体验，既能收获健康无公害的农、渔产品，又能缓解由于都市高压工作和生活带来的焦躁情绪。现代智慧农业经济形态的发展离不开物联网技术的支持，借助信息传感设备的智能化识别、感应、控制功能，收集传输鱼菜共生系统的全面数据，并对系统维护指标进行智能判断调节，可以进一步实现智能化管理，降低使用门槛和推广阻力。

鱼菜共生系统气雾栽培模式对于提高经济收益、保护生态环境都起到积极作用，符合国家特色优势农业及特色本土品牌的建设战略趋势。在鱼菜共生系统的推广应用中，可通过社交媒体、网络平台及专业人士进行宣传讲解、线上培训，以提高人们对于鱼菜共生系统的了解程度，便于推动技术发展。除了寻求社会公众支持外，鱼菜共生系统作为一项新型生产系统，也需要得到政府部门的政策支持，如设立专项资金、保险制度及基础设施的完善等。

3 结语

相比于基质培或水培，鱼菜共生系统气雾栽培模式更加经济高效，更易管理，产出产品优质、高量，具有绿色生态零排放的特点，适合作为现代农业推广项目，应用于现代农业生产、休闲农业经营中。鱼菜共生系统气雾栽培模式采用先进的无土栽培模式，平衡了鱼菜之间的供给需求关系，形成了系统水循环利用机制，实现资源利用率最大化，也对环境生态的维护起到积极作用。通过气雾栽培与鱼菜共生系统的技术嵌套，促进了农业科技创新进步，协调了农业经济发展与资源和环境保护之间的关系，为生态农业体系的构建和养殖水体的修复提供了示范与参考。