生菜在鱼菜共生立体种养殖系统中的水质净化效果

摘要 [目的]探讨鱼菜共生立体种养殖系统的建立。[方法]暂养结束后挑选健康规格较为一致的锦鲤幼鱼[初始体重为（55.73±3.55）g]作为试验鱼。试验设对照组和试验组。对照组不种植蔬菜，试验组为待蔬菜幼苗长出4片真叶后挑选健壮且高度基本一致的生菜幼苗移植到上述装置中。每组设置3个重复，每重复20尾鱼，试验组分别种植生菜15颗。试验周期60 d。[结果]在整个试验周期中，除个别天数外，对照组氨氮、硝酸态氮、总氮、总磷浓度与试验组间差异显著（P<0.05），且试验组总体低于对照组。[结论]鱼菜共生立体种养殖系统对氨氮、硝酸态氮、总磷、总氮具有较好的净化效果。

关键词 鱼菜共生;立体种养殖;生态共生效应

中图分类号 S 969.39  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2022）16-0152-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.16.039

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Water Purification Effect of Lettuce in the Vertical Aquaponics System

WEI Dong1，ZHANG Zhi-yuan2，HU Jia-xiang2 et al

（1.Department of Fishery Science，Tianjin Agricultural University，Tianjin Key Laboratory of Aquatic Ecology and Aquaculture，Tianjin 300384;2.Sichuan Water Conservancy Vocational College，Chengdu， Sichuan 611200）

Abstract

[Objective]In order to explore the establishment of a vertical aquaponics system. [Method]The healthy  juvenile koi （Cryprinus carpiod） （initial body weight 55.73±3.55 g） after the end of temporary culture were selected as experimental fish.The control group and experimental group were set up.The vegetables were cultivated in the control group，while the 15 vegetables，which has four true leaves，were cultivated in the experimental group.There were 3 replicates in each group and 20 fish in each replicate.The experimental cycles were 60 days.[Result]The results showed that except for a few days， there was significant difference in the concentrations of ammonia nitrogen，nitrate nitrogen，total nitrogen and total phosphorus between the control group and exprimental group （P<0.05），and the test group was generally lower than that in the control group.[Conclusion]The vertical aquaponics system has good purification effect on ammonia nitrogen，nitric acid attitude， total phosphorus and total nitrogen.

Key words Aquaponics;Vertical system;Ecological symbiosis effect

鱼菜共生起源于古代中国的稻田养鱼技术，是一种新型的复合耕作体系，它把循环水养殖与无土栽培2种技术结合起来，通过巧妙的生态设计达到科学的协同共生，从而实现“养鱼不换水而无水质忧患，种菜不施肥而正常成长”的生态共生效应。20世纪80年代美国马克·莫特瑞等科学家完成了鱼菜共生的理论工作[1];80年代末期美属维尔京群岛大学詹姆斯·瓦克斯博士成功研发了世界上第一套鱼菜共生UVI模式[2];我国学者张明华等[3]建立了我国第一套鱼菜共生系统，并通过了中国科学技术发展基金会和中国水产学会组织的技术鉴定。

目前，对于鱼菜共生的研究主要集中在系统构造方面[4-6] ，现有的鱼菜共生种植系统设计都采用先将养殖用水过滤分解后再提供给植物利用，机械地将营养物质的分解环节和植物种植环节分开，不仅增加了用地面积，还会使植物出现缺素的症状。有关鱼菜共生理论方面的研究还显得不足，虽然目前已有大量关于鱼菜共生系统的报道，但是机理不够系统深入，有待进一步深入研究和完善，尤其是需要另寻思路建立鱼与菜既共生又相互促进的生态机制。

笔者利用生态学原理[7-9]设计并建立了一种鱼菜共生立体种养殖体系，通过建立植物与微生物之间的协同共生关系[10-12]，探索如何更加高效地利用养殖废水中的营养物质，实现养鱼不换水、种菜不施肥，为开发利用鱼菜共生立体种养殖系统奠定实践基础。

1 材料与方法

1.1 试验系统

该鱼菜共生立体种养殖系统，包括养殖模块、蓄水模块、立柱种植模块、平面浮筏种植模块、水循环装置。养殖模块由养殖池和收集池组成，养殖池底部朝中央向下倾斜，形成漏斗式的底面，养殖池和收集池的底部和上部分别由管道联通，使养殖池和收集池形成一个“U”形的联通器。蓄水板块为安装有虹吸结构和溢流的高位蓄水池，收集池中的水经水泵至蓄水池中，水位上升到虹吸控制的最高水位时就会触发虹吸的启动，在水压的作用下形成强大的水流，再被循环管道分流到立体种植装置中。立体种植模块为若干中通的管道结构组成的立体种植装置，管道结构的外壁四周沿竖直方向设置有4列种植孔，相邻的2列种植孔之间呈交错拍列，种植孔贯穿管壁并且开口倾斜向上，每个种植孔上配有1个种植篮，用于固定所栽培植物。平面浮筏种植模块由若干深水浮筏栽培床构成，栽培床的出水口设置为溢流结构;与传统UVI栽培模式有所不同的是[4，13-14]，在该系统中流入栽培床的养殖用水不经过滤且浮板的宽度宽于栽培床的宽度，使浮板放于栽培床时能够架在栽培床的两端，从而使浮板能够高于栽培床的最高水位，以便在浮板与栽培床水面之间留一层空气层。水循环装置由水泵及循环管道组成。

蓄水模块、立柱种植模块、平面浮筏种植模块、养殖模块在竖直方向分别按上层、中层、下层、底层呈4层分布;循环管道将养殖模块、蓄水模块、立体种植模块、平面浮筏种植模块依次连接。该系统的水循环路线为养殖模块→蓄水模块→立柱种植模块→平面浮筏种植模块→养殖模块。养殖用水不经过过滤，直接经水泵从收集池提升至蓄水池，再由蓄水池输送到各立柱种植装置中，经立柱种植装置进行第1步过滤吸收后再输送到栽培床进一步过滤吸收，最后由循环管道导流回养殖池，形成一个闭合循环（图1）。

1.2 试验材料

试验所用蔬菜为天津农学院蔬菜研究中心同期培育的生菜幼苗，试验前待幼苗长出4片真叶时，再将幼苗移植到立柱式种植装置中。试验用鱼为天津市蓝科水产养殖公司同期繁殖的锦鲤鱼苗，试验前进行消毒处理，并置于周转箱（0.8 m×0.6 m×0.4 m）中暂养7 d，期间不投喂饲料。

试验饲料配方组成：鱼粉8%、豆粕22%、菜籽粕13%、棉粕16%、面粉13%、玉米蛋白粉9%、全虾粉8%、啤酒酵母3%、豆油2%、预混料4%、羧甲基纤维素2%;试验饲料营养水平：粗蛋白质38.6%，粗脂肪5.2%，总能量12.27 MJ/kg。各饲料原料均通过粉碎机粉碎过60目网筛，混合均匀后，使用江苏牧羊集团牧羊MUZLM V4型饲料制粒机制成直径为1.00 mm的沉性颗粒饲料。

1.3 试验分组及管理

试验在天津农学院水生观赏动物养殖实验室进行。暂养期结束后挑选健康规格较为一致的个体[初始体重为（55.73±3.55）g]作为试验用鱼。试验设对照组和试验组，每组设3个重复，每重复投放20尾鱼，对照组不种植蔬菜，试验组每个重复分别种植生菜15颗。

试验周期60 d，试验期间均采用固定投饲率的方法进行投喂，投饲率为3%/d。养殖池设置有水位刻度线，整个系统在试验期间无需换水，只需每天往养殖池添加少量水到刻度线，以补充被蔬菜吸收和蒸发的水分。试验期间每4 d取样一次，测定系统养殖水体的氨氮、硝酸态氮、总磷、总氮的含量。

1.4 试验方法

1.4.1 氨氮、硝酸态氮及总磷、总氮的测定。氨氮、硝酸态氮及总氮、总磷的测定方法参考养殖水环境化学书[14-15]。

1.4.2 标准曲线的制作。氨氮、硝酸态氮及总氮、总磷标准曲线（图2～5）的制作参考文献[14-15]。

1.5 数据统计

所有数据均以平均值±标准差表示，并利用SPSS 18.0统计软件进行单因素方差分析（One-way ANOVA），若差异达到显著水平（P<0.05），则进行Duncan’s法多重比较。

2 结果与分析

2.1 试验系统中微生物群落的形成与硝化系统的建立

由图6可知，在整个试验周期中对照组和试验组氨氮浓度差异显著（P<0.05），其中对照组氨氮浓度在第0天到第36天浓度逐渐升高，在第36天氨氮浓度达到最高值，第36天到第56天氨氮浓度基本维持在平稳水平;试验组氨氮浓度在第0天到第20天先降低再升高，第36天时氨氮浓度达到最高值，第36天之后氨氮浓度逐渐降低。

由图7可知，整个试验周期中除了第8天，对照组和试验组硝酸态氮浓度差异显著（P<0.05），对照组和试验组硝酸态氮浓度均缓慢升高，其中，在第12天到第32天试验组硝酸态氮浓度显著高于对照组（P<0.05），第36天到第56天对照组硝酸态氮浓度显著高于试验组（P<0.05）。

2.2 试验系统对总氮、总磷的净化效果

由图8可知，在整个试验周期中，对照组和试验组总氮浓度差异显著（P<0.05），对照组和试验组总氮浓度变化趋势明显，均有不同程度的升高，其中第0天到第8天试验组总氮浓度显著高于对照组（P<0.05），第9天到第56天对照组总氮浓度显著高于试验组（P<0.05）。

由图9可知，在整个试验周期中，对照组和试验组总磷浓度变化趋势明显，除第4天外，对照组和试验组总磷差异显著（P<0.05），其中对照组总磷浓度在第0天到第56天浓度逐渐升高;试验组总磷浓度在第0天到第32天浓度呈波动式上升，第32天到第56天总磷浓度基本维持在同一水平。

3 讨论

该试验在前期的研究基础上，利用生态学原理设计并建立了一种鱼菜共生立体种养殖系统，其中，养殖模块和蓄水模块通过循环管道连接，管道的一侧连上水泵放入收集池的底部，另一侧接入蓄水池。系统运行时养殖用水经养殖池在压力的作用下将池底的脏物汇集到收集池中，再由水泵经管道抽提到蓄水池中。