魚(yú)菜共生系統(tǒng)氣霧栽培模式的構(gòu)建

凌利宏，黃丹青，張 蕊

(安徽大地智慧農(nóng)業(yè)科技有限公司,安徽合肥 230031)

魚(yú)菜共生系統(tǒng)是一種結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖和蔬菜種植的復(fù)合型生態(tài)系統(tǒng)，通過(guò)植物對(duì)養(yǎng)殖水中氮元素的富集，在凈化水體的同時(shí)完成了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)魚(yú)不換水、種菜不施肥的理想生態(tài)生產(chǎn)狀態(tài)，符合當(dāng)下“生態(tài)文明、綠色發(fā)展”的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)新要求。魚(yú)菜共生理念與實(shí)踐可追溯至20世紀(jì)之前，當(dāng)時(shí)的農(nóng)民會(huì)在稻田里養(yǎng)魚(yú)，用魚(yú)糞來(lái)肥沃田地；隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，UVI和NCSU魚(yú)菜共生系統(tǒng)研究應(yīng)運(yùn)而生；在當(dāng)下全球資源緊張及環(huán)境污染問(wèn)題突出的嚴(yán)峻形勢(shì)下，魚(yú)菜共生技術(shù)開(kāi)始高速發(fā)展，其市場(chǎng)也快速擴(kuò)大，現(xiàn)今魚(yú)菜共生系統(tǒng)已不僅局限于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)，而是開(kāi)始進(jìn)入都市農(nóng)業(yè)、都市及家庭的景觀應(yīng)用之中。魚(yú)菜共生系統(tǒng)具有生態(tài)高效、節(jié)能減排的優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及水產(chǎn)養(yǎng)殖水體修復(fù)中都將發(fā)揮重要作用。

魚(yú)菜共生系統(tǒng)是由植物、水生動(dòng)物、微生物組成的小型生態(tài)系統(tǒng)，水生動(dòng)物的糞便及飼料殘?jiān)械暮镔|(zhì)經(jīng)過(guò)微生物的硝化作用轉(zhuǎn)化成植物體生長(zhǎng)發(fā)育所需要的硝酸鹽，在氨氮循環(huán)過(guò)程中養(yǎng)殖水得到了凈化，水生動(dòng)物、微生物、植物三者實(shí)現(xiàn)生態(tài)平衡。而氣霧栽培技術(shù)是一種新型的無(wú)土栽培技術(shù)，它讓植物擺脫了土壤、水及重力的限制，使立體化種植成為可能，保證了植物對(duì)溫度、光、水、氣營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的最大化利用，創(chuàng)造了工廠化集約化生產(chǎn)的最佳模式。該研究的魚(yú)菜共生系統(tǒng)氣霧栽培模式即利用氣霧栽培技術(shù)實(shí)現(xiàn)魚(yú)菜共生系統(tǒng)生態(tài)循環(huán)，通過(guò)霧化設(shè)備營(yíng)造氣霧環(huán)境，為植物處在密閉處的懸空根系提供養(yǎng)分以維護(hù)其生長(zhǎng)發(fā)育，提高有機(jī)物轉(zhuǎn)化效率，降低病害發(fā)生率，促進(jìn)植物產(chǎn)量、質(zhì)量的提升，同時(shí)借助植物根系的凈化增氧作用實(shí)現(xiàn)水體更新循環(huán)，維護(hù)魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)環(huán)境。

1 魚(yú)菜共生系統(tǒng)分類(lèi)

根據(jù)循環(huán)模式的差異可將魚(yú)菜共生系統(tǒng)分為開(kāi)環(huán)模式和閉鎖模式。開(kāi)環(huán)模式是指種植池與養(yǎng)殖池之間形成開(kāi)路，養(yǎng)殖池排放的廢水直接輸送到蔬菜種植系統(tǒng)，不發(fā)生回流和自循環(huán)，當(dāng)養(yǎng)殖水發(fā)生消耗時(shí)便注入新水。閉鎖模式相比開(kāi)環(huán)模式更加節(jié)能環(huán)保，養(yǎng)殖水經(jīng)過(guò)硝化處理和微生物凈化后，氨氮物質(zhì)轉(zhuǎn)化為供應(yīng)植物生長(zhǎng)的硝酸鹽，植物根系在吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過(guò)程中對(duì)養(yǎng)殖水進(jìn)行了生物過(guò)濾，經(jīng)植物吸收凈化后的水再次輸送入養(yǎng)殖池中，形成水從養(yǎng)殖池進(jìn)入種植池、再返流入養(yǎng)殖池的閉鎖模式。

根據(jù)植物種植方式可將魚(yú)菜共生系統(tǒng)分為基質(zhì)栽培、深水栽培和氣霧栽培模式?；|(zhì)栽培中的基質(zhì)一般包括陶粒、礫石等具有天然過(guò)濾作用的物質(zhì)，將植物種植于基質(zhì)中，基質(zhì)便可以對(duì)養(yǎng)殖水中的殘?jiān)鼜U物進(jìn)行附著過(guò)濾分解轉(zhuǎn)化為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，用以維持植物的生長(zhǎng)；在深水栽培模式下的植物栽植于浮閥如PVC管或泡沫板上，植物隨浮閥漂浮于種植池上，其根系完全沉浸水體中以吸收營(yíng)養(yǎng)，養(yǎng)殖水經(jīng)處理池凈化后再引流入種植池中；氣霧栽培模式和深水栽培模式的區(qū)別在于種植池的設(shè)計(jì)，根據(jù)霧培技術(shù)原理，將水培種植池更換為密閉不透光的霧化池，養(yǎng)殖水經(jīng)凈化后進(jìn)入霧化池實(shí)現(xiàn)植物的霧化供養(yǎng)。

2 魚(yú)菜共生系統(tǒng)氣霧栽培模式的構(gòu)建

魚(yú)菜共生系統(tǒng)氣霧栽培模式即將氣霧栽培技術(shù)應(yīng)用于魚(yú)菜共生系統(tǒng)，這種模式可以提高水資源利用率，植物根系處于霧化環(huán)境中，吸收養(yǎng)分面積最大，只需基質(zhì)培、水培1/10的用水量便可以完成相同生物量的增長(zhǎng)；利用霧培技術(shù)可以提高魚(yú)菜共生系統(tǒng)的空間利用面積，實(shí)現(xiàn)立體化種植，相比基質(zhì)培、水培單位面積產(chǎn)量更大，凈化水體效率更高；在霧化過(guò)程中有更多的氧氣融入水中，便于為養(yǎng)殖水增氧，為水生動(dòng)物提供更佳的生存環(huán)境。 霧培模式下的魚(yú)菜共生系統(tǒng)，可以大大提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的集約化和工業(yè)化程度，使高效種植與無(wú)憂(yōu)養(yǎng)魚(yú)在同一時(shí)空進(jìn)行，投喂的飼料作為水生動(dòng)物的生長(zhǎng)能量，產(chǎn)出的糞便及食物殘?jiān)鼊t成為微生物的轉(zhuǎn)化能源，再經(jīng)過(guò)濾池與植物吸收形成良性生態(tài)系統(tǒng)，霧培技術(shù)的應(yīng)用使魚(yú)菜共生系統(tǒng)更為高效、簡(jiǎn)易、方便管理，也提高了魚(yú)類(lèi)、蔬菜的產(chǎn)量、品質(zhì)。

魚(yú)菜共生系統(tǒng)氣霧栽培模式可由種植系統(tǒng)、養(yǎng)殖系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、管道系統(tǒng)共同構(gòu)建而成(圖1)。種植系統(tǒng)用于種植植物，包括噴霧供液池與種植面板，噴霧供液池用于收集凈化水并供給噴霧管道，種植面板上均勻設(shè)有放置種植籃的孔槽。養(yǎng)殖系統(tǒng)用于飼養(yǎng)水生動(dòng)物，主要為養(yǎng)殖池。凈化系統(tǒng)在整個(gè)系統(tǒng)中起廢物隔離及物質(zhì)轉(zhuǎn)化的作用，包括過(guò)濾裝置和硝化池，過(guò)濾裝置可以由濾網(wǎng)或過(guò)濾器組成，借助機(jī)械過(guò)濾作用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)殖水中的食物殘?jiān)?、糞便等污物的分離清除，硝化池用于培養(yǎng)凈化富營(yíng)養(yǎng)水、完成硝酸鹽物質(zhì)生成的硝化細(xì)菌，一般以珊瑚石、生物棉等為轉(zhuǎn)化載體。管道系統(tǒng)是連接種植系統(tǒng)、養(yǎng)殖系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括吸污管、處理水輸送管、植物種植噴霧管、回流管等，養(yǎng)殖廢水通過(guò)吸污管、輸送管到達(dá)噴霧管，形成噴霧為植物根系提供養(yǎng)分，再經(jīng)回流管返送至養(yǎng)殖池中，在管道系統(tǒng)的作用下，完成了養(yǎng)殖水與種植水的交換利用，形成了微生物、植物、動(dòng)物和諧共生共存的良性生態(tài)關(guān)系。

圖1 魚(yú)菜共生系統(tǒng)組成Fig.1 Composition of fish-vegetable symbiotic system

魚(yú)菜共生系統(tǒng)氣霧栽培模式由水生動(dòng)物養(yǎng)殖池、瓜果蔬菜種植池、管道循環(huán)系統(tǒng)、過(guò)濾硝化池、霧噴設(shè)備、水泵、紫外線滅菌燈等組成。維持魚(yú)菜共生系統(tǒng)健康運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵之一在于計(jì)算好種植與養(yǎng)殖之間的比例，科學(xué)合理的魚(yú)菜比例才能保證魚(yú)、菜、細(xì)菌三者的動(dòng)態(tài)平衡，一般來(lái)說(shuō)按每1 m種植面積對(duì)應(yīng)魚(yú)體種類(lèi)為5 kg，魚(yú)菜比例過(guò)大會(huì)導(dǎo)致水體凈化效果變差，過(guò)小會(huì)影響蔬菜生長(zhǎng)，因此要及時(shí)從魚(yú)類(lèi)及植物的生長(zhǎng)發(fā)育情況判斷系統(tǒng)是否達(dá)到平衡。

在確定好合適的魚(yú)菜種養(yǎng)比例后便可以開(kāi)始進(jìn)行魚(yú)菜共生系統(tǒng)氣霧栽培模式循環(huán)系統(tǒng)的構(gòu)建，魚(yú)菜共生系統(tǒng)的水循環(huán)依賴(lài)于管道的鋪設(shè)與設(shè)計(jì)，養(yǎng)殖池廢水由吸污管進(jìn)入過(guò)濾硝化池，廢水在池中受過(guò)濾及微生物分解作用得到凈化后，由連接的輸送管進(jìn)入噴霧供液池，供液池與噴霧管道連接，凈化水經(jīng)霧化后被植物吸收，隨后回流水沿著連接的回流管道返回至養(yǎng)殖池中。魚(yú)菜共生系統(tǒng)的管道選材一般采用經(jīng)濟(jì)的PVC管，結(jié)實(shí)耐用，水泵是管道的動(dòng)力來(lái)源，基本上功率宜大不宜小，以4 000～5 000 W為佳，噴霧管一般選材為25PVC管，管上需安裝“十”字彌霧噴頭，用于均勻霧化效果。

魚(yú)菜共生系統(tǒng)的種植系統(tǒng)與養(yǎng)殖系統(tǒng)的構(gòu)建，可根據(jù)使用場(chǎng)景的不同進(jìn)行分類(lèi)。如是用于大規(guī)模的農(nóng)業(yè)、漁業(yè)生產(chǎn)，養(yǎng)殖池、種植池可選用發(fā)泡水泥進(jìn)行施工建設(shè)；如是用于都市、庭院景觀研學(xué)等，養(yǎng)殖池可選用透明玻璃或者亞克力材料制成的魚(yú)缸，種植池材料可以選用不透光的擠塑板、亞克力板等，而種植面板選用設(shè)有均勻栽植孔的泡沫板，便于控制植物種植密度與養(yǎng)護(hù)管理。

魚(yú)菜共生系統(tǒng)的凈化效果主要與濾材和過(guò)濾器有關(guān)，常見(jiàn)濾材包括毛刷、藤棉、珊瑚石、陶瓷環(huán)等，除了起到機(jī)械過(guò)濾的作用外，這些濾材還可以附著硝化細(xì)菌，能夠快速分解魚(yú)糞及飼料殘?jiān)?，凈化水質(zhì)，為了進(jìn)一步抑制水體藻類(lèi)生長(zhǎng)，可在養(yǎng)殖池中安裝防水的紫外線燈用于殺菌。

在安裝好魚(yú)菜共生系統(tǒng)設(shè)備后，可先進(jìn)行蔬菜栽培，蔬菜大多選擇低需肥量的葉菜類(lèi)植物如菠菜、生菜、空心菜等，將菜苗固定于種植面板上，開(kāi)啟設(shè)備，待蔬菜進(jìn)入生長(zhǎng)階段時(shí)便可投放魚(yú)苗，魚(yú)類(lèi)多選用鯽魚(yú)、鯉魚(yú)、羅非魚(yú)等，在投、養(yǎng)魚(yú)時(shí)應(yīng)注意做到投前消毒、控制密度、少喂多餐、定期換水，為了方便管理，可采用自動(dòng)喂食器定時(shí)定量投放飼料。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，避免使用化學(xué)藥物如抗生素、酵素、農(nóng)藥等。為了維護(hù)系統(tǒng)水體循環(huán)，需每天向養(yǎng)殖池中引入10%左右的凈水用于補(bǔ)償蔬菜、魚(yú)體消耗用水。如遇到植物生長(zhǎng)中缺乏微量元素的情況，可在魚(yú)飼料中添加相應(yīng)元素，通過(guò)魚(yú)消化飼料、植物再吸收這種生物循環(huán)的方式予以補(bǔ)充。為了保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行也要關(guān)注氣候和環(huán)境的影響，通過(guò)控制溫室通風(fēng)、控溫、補(bǔ)光等智能化系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫、光、濕度等指標(biāo)，以營(yíng)造最佳的生物生存環(huán)境。

魚(yú)菜共生系統(tǒng)氣霧栽培模式具有高效優(yōu)質(zhì)、生態(tài)環(huán)保、操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，可以應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的規(guī)模化生產(chǎn)中，也可以發(fā)掘出多元化的功能，如以休閑農(nóng)業(yè)、都市庭院景觀的形式豐富城市人們的生活，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與第三產(chǎn)業(yè)如教研、文娛的融合，通過(guò)建造魚(yú)菜共生系統(tǒng)觀光體驗(yàn)園、家庭式魚(yú)菜共生系統(tǒng)裝置的設(shè)計(jì)以滿(mǎn)足人們對(duì)自給自足的田園生活的向往，久在都市叢林中生活的人們通過(guò)種菜養(yǎng)魚(yú)、采摘設(shè)備這種返璞歸真的勞作體驗(yàn)，既能收獲健康無(wú)公害的農(nóng)、漁產(chǎn)品，又能緩解由于都市高壓工作和生活帶來(lái)的焦躁情緒?，F(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)形態(tài)的發(fā)展離不開(kāi)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持，借助信息傳感設(shè)備的智能化識(shí)別、感應(yīng)、控制功能，收集傳輸魚(yú)菜共生系統(tǒng)的全面數(shù)據(jù)，并對(duì)系統(tǒng)維護(hù)指標(biāo)進(jìn)行智能判斷調(diào)節(jié)，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能化管理，降低使用門(mén)檻和推廣阻力。

魚(yú)菜共生系統(tǒng)氣霧栽培模式對(duì)于提高經(jīng)濟(jì)收益、保護(hù)生態(tài)環(huán)境都起到積極作用，符合國(guó)家特色優(yōu)勢(shì)農(nóng)業(yè)及特色本土品牌的建設(shè)戰(zhàn)略趨勢(shì)。在魚(yú)菜共生系統(tǒng)的推廣應(yīng)用中，可通過(guò)社交媒體、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)及專(zhuān)業(yè)人士進(jìn)行宣傳講解、線上培訓(xùn)，以提高人們對(duì)于魚(yú)菜共生系統(tǒng)的了解程度，便于推動(dòng)技術(shù)發(fā)展。除了尋求社會(huì)公眾支持外，魚(yú)菜共生系統(tǒng)作為一項(xiàng)新型生產(chǎn)系統(tǒng)，也需要得到政府部門(mén)的政策支持，如設(shè)立專(zhuān)項(xiàng)資金、保險(xiǎn)制度及基礎(chǔ)設(shè)施的完善等。

3 結(jié)語(yǔ)

相比于基質(zhì)培或水培，魚(yú)菜共生系統(tǒng)氣霧栽培模式更加經(jīng)濟(jì)高效，更易管理，產(chǎn)出產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)、高量，具有綠色生態(tài)零排放的特點(diǎn)，適合作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)推廣項(xiàng)目，應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、休閑農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)中。魚(yú)菜共生系統(tǒng)氣霧栽培模式采用先進(jìn)的無(wú)土栽培模式，平衡了魚(yú)菜之間的供給需求關(guān)系，形成了系統(tǒng)水循環(huán)利用機(jī)制，實(shí)現(xiàn)資源利用率最大化，也對(duì)環(huán)境生態(tài)的維護(hù)起到積極作用。通過(guò)氣霧栽培與魚(yú)菜共生系統(tǒng)的技術(shù)嵌套，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新進(jìn)步，協(xié)調(diào)了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源和環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系，為生態(tài)農(nóng)業(yè)體系的構(gòu)建和養(yǎng)殖水體的修復(fù)提供了示范與參考。