油麦菜对鱼菜共生立体种养殖系统中水质的净化效果研究

摘要 为了探讨鱼菜共生立体种养殖系统中蔬菜水培生长情况与水质净化效果，挑选暂养结束后健康、规格一致的锦鲤鱼苗［初始体重为（55.73±3.55）g］作为试验用鱼，挑选健壮且株高基本一致的油麦菜幼苗移植到立柱种植装置中。试验设置对照组和处理组，试验期为28 d。采用固定投饲率的方法进行投喂，日投饲率为3%。试验第0、4、8、12、16、20、24、28天取样测定水体中的氨氮、亚硝态氮、硝态氮、总磷、总氮的含量，试验结束时对油麦菜株高进行测定。结果表明：在整个试验期内处理组油麦菜能够充分利用水体中营养物质正常生长；对照组和处理组水体中氨氮含量差异显著（P<0.05），第0、4、8天处理组氨氮含量显著高于对照组（P<0.05），第8天以后对照组氨氮含量显著高于处理组（P<0.05）；处理组的亚硝态氮含量在除了第8天外的其他时间段都显著低于对照组（P<0.05）；处理组和对照组硝态氮含量差异显著（P<0.05）（第16天除外）；第16天以后处理组硝态氮含量显著低于对照组（P<0.05）；处理组和对照组总氮含量差异显著（P<0.05）（第16天除外）；第16天以后处理组总氮含量显著低于对照组（P<0.05）；对照组与处理组总磷含量第0～28天缓慢升高，第28天处理组总磷含量显著低于对照组（P<0.05）。该试验系统中油麦菜生长良好，对养殖水体中水质的净化效果明显。

关键词 鱼菜共生；立体种养殖系统；水质净化

中图分类号 S 969.39  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）21-0096-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.21.023

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on Water Purification Effect of Lactuca sativa L. in the Aquaponics Three-dimensional Planting and Farming System

ZHANG Zhi-yuan  WEI Dong2， LIU Hao-xiang1 et al

（1.Sichuan Water Conservancy Vocational College， Chengdu， Sichuan 611200；2. College of Fishery Sciences，Tianjin Agricultural University，Tianjin 300384）

Abstract In order to explore the hydroponic growth of vegetables and water purification effect in an aquaponics three-dimensional planting and farming system， healthy Cyprinus carpio juvenile with initial body weight of （55.73±3.55） g and consistent specifications after the end of temporary culture were selected as experimental fish. The robust seedlings of Lactuca sativa L. with consistent height were selected to transplant in stand column planting equipment. The control group and experimental group were set up. The experimental period was 28 days. The fixed feeding rate method was used for feeding， the daily feeding rate was 3%. Samples were collected on the 0th， 4th， 8th， 12th， 16th， 20th， 24th， 28th days to determine the contents of ammonia nitrogen， nitrite nitrogen， nitrate nitrogen， total phosphorus and total nitrogen in water body. The plant height of L.sativa was determined at the end of the experiment. The results showed that vegetables in the treatment group could make full use of nutrients in the water body and  grow normally during the whole experiment period. The content of ammonia nitrogen in water body had significant differences between the control group and the treatment group （P<0.05）. The content of ammonia nitrogen in the treatment group was significantly higher than that in the control group on the 0th，4th and 8th days （P<0.05）. After the 8th day， the content of ammonia nitrogen in the control group was significantly higher than that in the treatment group  （P<0.05）. Except for the 8th day， the nitrite nitrogen content in the treatment group was significantly lower than that in the control group at all other time points （P<0.05）. The content of nitrate nitrogen had significant differences between the control group and the treatment group（P<0.05）（except for the 16th day）. After the 16th day， the nitrate nitrogen concentration in treatment group was significantly lower than that in control group （P<0.05）.The content of total nitrogen had significant differences between the control group and the treatment group（P<0.05）（except for the 16th day）. After the 16th day， the total nitrogen content in the treatment group was significantly lower than that in control group （P<0.05）. The content of total phosphorus in the control group and the treatment group increased slowly from the 0th day to the 28th day. After the 28th day， the total phosphorus content in the treatment group was significantly lower than that in control group （P<0.05）. Vegetables in the experiment system could grow well， its water purification effect in the aquaculture water body was obvious.

Key words Aquaponics;Three-dimensional planting and farming system;Water purification

鱼菜共生起源于我国古代的稻田养鱼技术，是一种新型的复合耕作体系，它将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，种菜不用施肥而能正常成长的生态共生效应。20世纪80年代美国科学家完成了鱼菜共生的理论论述［1］；20世纪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系统的UVI模式［2］；20世纪80年代，我国建立了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［3］。

目前，对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都采用先将养殖用水过滤分解再提供给植物利用，将营养物质的分解环节和植物种植环节分开，增加了用地面积；此外，鱼菜共生理论方面的研究还较少，虽然目前已有大量关于鱼菜共生系统的研究报道，但研究还不够深入。

油麦菜（Lactuca sativa L.）隶属菊科莴苣属，是以嫩稍、嫩叶为食用部位的叶用莴苣。油麦菜营养丰富、适应性强、生长周期短，是无土栽培研究的模式植物之一。油麦菜根系发达，因此水培油麦菜植株生长很快，受氮素形态的影响更加明显［7］。目前，国内外研究者关于氮素营养对油麦菜栽培的影响研究主要集中在施肥调控、产量与硝酸盐积累等方面［8-11］，关于油麦菜对鱼菜共生系统中水质的净化效果报道较少。

笔者利用生态学原理［12-14］设计并建立了一种鱼菜共生立体种养殖系统，通过建立植物与微生物之间的协同共生关系［15-17］，探讨该系统中油麦菜对水质的净化效果，以期为开发和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连通，使养殖池和收集池形成一个U形连通器。蓄水模块为安装有虹吸和溢流装置的高位蓄水池，收集池中的水经水泵提至蓄水池中，水位上升到虹吸装置控制的最高水位时就会触发虹吸装置，在水压的作用下形成强大的水流，再被循环管道分流到立柱种植装置中。立柱种植模块是由若干中通的管道组成的立柱种植装置，管道的外壁四周沿竖直方向设置有4列种植孔，相邻2列种植孔之间呈交错排列，种植孔贯穿管壁并且开口倾斜向上，每一个种植孔上配有一个种植篮，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。该鱼菜共生立体种养殖系统与传统UVI栽培模式不同之处［4，18］在于：在该系统中流入栽培床的养殖用水未经过滤且浮板的宽度大于栽培床宽度，使浮板放在栽培床上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为上层、中层、下层、底层，呈4层分布；循环管道将养殖模块、蓄水模块、立柱种植模块、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。养殖用水未经过滤，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。鱼菜共生立体种养殖系统如图1所示。

1.2 试验材料

试验选取油麦菜作为试验蔬菜，试验蔬菜为天津农学院蔬菜研究中心同期培育的4种幼苗，试验前待幼苗长出4片真叶时再将幼苗移植到立柱种植装置中。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，在此期间不投喂饲料。

试验饲料以鱼粉、全虾粉、豆粕和棉粕作为蛋白质来源，其组成与营养水平见表1。各饲料原料均通过粉碎机粉碎过60目网筛，混合均匀后，使用江苏牧羊集团生产的牧羊MUZLM V4型饲料制粒机制成直径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、规格一致的锦鲤鱼苗［初始体重为（55.73±3.55）g］作为试验用鱼并进行分组，油麦菜幼苗长出4片真叶后挑选健壮且高度基本一致的幼苗移植到立柱种植装置中，建立鱼菜共生系统。试验设置对照组和处理组，每组设置3个重复，每个重复投放15条鱼，其中对照组不种植油麦菜，处理组各种植油麦菜15颗，共60颗。

整个试验期28 d，试验期间分别在第0、4、8、12、16、20、24、28天取样测定水体中的氨氮、亚硝态氮、硝态氮、总磷、总氮的含量。试验期间采用固定投饲率的方法进行投喂，日投饲率为3%。养殖池设置有水位刻度线，整个系统在试验期间不需要换水，每天只需要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。试验结束后，清除立体种养殖系统中的油麦菜，并进行株高测定。

1.4 水质指标的测定

1.4.1 氨氮含量的测定。

氨氮含量的测定参考雷衍之［19-20］的方法。

氨氮含量标准曲线的绘制参考雷衍之［19-20］的方法。氨氮含量的标准曲线见图2。

1.4.2 亚硝态氮含量的测定。

亚硝态氮含量的测定参考雷衍之［19-20］的方法。

亚硝态氮含量标准曲线的绘制参考雷衍之［19-20］的方法。亚硝态氮含量的标准曲线见图3。