鱼菜共生生态种养模式的探索与应用效果*

刘永军 张停林 宋妙龙

（1.上海绿椰农业种植专业合作社，上海 青浦201716；2.上海市青浦区蔬菜技术推广站，上海 青浦201799；3.上海市青浦区水产技术推广站，上海 青浦201799）

鱼菜共生是一种将水产养殖与水培蔬菜有机结合起来的新型生态种养模式，可实现养殖尾水零排放、蔬菜种植零化肥零化学农药，养鱼无需担忧水质、种菜无需担忧连作障碍的生态共生效应[1]。传统的水产养殖，随着水产排泄物的累积，水体中的氨氮含量逐渐增加，毒性逐步增大[2～3]。鱼菜共生系统模式中，水产养殖的水被输送到水培系统，水中微生物将氨氮、亚硝酸盐分解转化为硝酸盐后可直接被蔬菜吸收利用。鱼菜共生系统下，动物、植物、微生物三者之间保持和谐的生态平衡关系，是可持续、零排放的生产模式，更是有效解决农业生态危机的有效方法。

1 鱼菜共生系统模式的创建

上海绿椰农业种植专业合作社多年来一直致力于鱼菜共生系统模式的探索与应用。2015年技术团队在居家阳台初步尝试构建鱼菜共生系统，2016年建成第1代鱼菜共生试验系统，2019年建成模块化鱼菜共生生产系统[4]。第1代和第2代鱼菜共生系统运行效果不理想，共生系统存在激活时间长、能耗高、过滤硝化能力低、水质处理能力较弱等问题。2020年，技术团队对系统进行了升级，建成了第3代数字模块化鱼菜共生系统。该系统运行8个月以来，表现良好，很好地解决了前2代共生系统存在的问题。

2 第3代鱼菜共生系统的工艺流程

鱼菜共生系统由人工湿地、养殖桶、种植床、固液分离装置、营养转化装置、水处理床和回水池等组件构成。系统利用水位高度差形成的水重力流进行一级动力运转，实现了闭环运行，减少了能耗和故障率。第3代鱼菜共生系统的工艺流程见图1。

图1 第3代鱼菜共生系统的工艺流程图

3 第3代鱼菜共生系统构成

3.1 人工湿地

上海地区夏季温度较高，气候炎热，水分蒸腾蒸发速度快，加上蔬菜作物的吸收利用，系统中水分流失多，需定期补水。建造人工湿地的目的是通过种植水葫芦、狐尾草和水芙蓉等植物净化河水和流入的尾水，使水体达到渔业养殖用水标准，解决系统定期补水的问题，保障了鱼菜共生系统的正常运行。

3.2 养殖区

养殖区由8个直径6 m、高1.45 m的圆形养殖桶组成。养殖桶底部为锥形，设有排水口，兼具集污排污功能。桶内设有增氧和进水管道，实现了桶内养殖水体定向旋转，增强了集污效果，减少有机物在桶内的沉积量，以提高养殖水体的质量。

3.3 种植区

种植区设置规格为4 m×1.3 m×0.3 m的砾石培种植床60个。每个床体设有进水口，水流通过虹吸方式回流出去实现种植床的潮汐水位，为蔬菜生长提供了充足的氧气。操作人员可通过调节虹吸管的长度来控制种植床的水位，以满足蔬菜不同生长期对水分的不同需求。蔬菜发达的根系在吸收水体中养分的同时净化了水体，实现了系统内资源的循环利用。

3.4 过滤硝化区

过滤硝化区由固液分离装置、营养转化装置、水处理床和回水池组成。养殖桶中鱼的排泄物及残饵经固液分离装置分离，形成两个流向。一路为高浓度大颗粒营养物经营养转化装置内微生物菌群的分解发酵，转化为液态营养液，被释放进水处理床；另一路为微小颗粒营养物直接进入水处理床，经硝化转化后成为蔬菜可吸收的养分。全系统采用一级动力运行，最高处为养殖区，最低处为回水池，池内安装水泵，经处理净化后的水回流至养殖桶形成闭环运行。

3.5 数字化监管平台

第3代鱼菜共生系统初步建成了数字化监测预警管理平台。监管平台对系统内的水质指标（溶解氧、pH值、水温、ORP、电导率）、棚内外的环境指标（温度、湿度、CO2、风力、风速和光照度）、设备运行状态（气压、水压、水位等）进行实时监测和风险管控。第3代鱼菜共生系统数字化监管平台界面见图2。

图2 第3代鱼菜共生系统数字化监管平台界面

4 应用实例

4.1 青菜品种筛选试验

2020年我们应用第3代鱼菜共生系统开展青菜品种筛选试验。参试青菜品种有8个，分别为海青2号、新夏青3号、新夏青5号、芙蓉青梗菜、长征二号、长征三号、长征六号和超华28。各参试青菜品种于5月28日直播。观察发现，超华28长势较好（见图3），其余参试品种耐湿性差，出苗后死苗现象严重。

图3 第3代鱼菜共生系统中超华28青菜的长势

4.2 青菜种植比较试验

2020年秋季我们以超华28为试验材料，开展鱼菜共生和大棚种植的比较试验。大棚种植的，播种前施三元复合肥30 kg/667 m2作基肥；鱼菜共生模式种植的，播前不施任何肥料。9月19日直播，11月2日调查青菜的长势并测定产量。超华28青菜在两种种植模式下的长势和植物学性状见图4、表1。

图4 超华28青菜的长势（左为鱼菜共生模式，右为大棚种植）

表1 不同种植模式下超华28青菜的植物学性状

由图4、表1可知，鱼菜共生模式下超华28青菜的长势明显好于大棚种植模式，其株高、最大叶和最大叶柄均大于大棚种植，但产量相差不大；鱼菜共生模式下种植的青菜叶片颜色较浅，可能是试验期间系统内养殖的加州鲈鱼数量较少、水中养分不足造成的，后期生产期间还需根据水中养分情况适当喷施叶面肥补充养分；鱼菜共生模式下种植的青菜水分含量较高，比大棚种植的青菜口感脆嫩，采收时叶片易被折断；两种种植模式下青菜的硝酸盐含量相差不大。

4.3 生菜和芹菜种植试验

2020年春季，我们以米罗生菜和申香芹一号芹菜为试验材料，开展其在鱼菜共生模式下的种植试验。试验结果表明，两种模式下的生菜和芹菜均长势良好，生长速度快，产量高，生菜产量达3 595 kg/667 m2，芹菜产量达3 468 kg/667 m2。由此可见，生菜和芹菜适宜在该模式下种植（见图5）。

图5 生菜和芹菜在鱼菜共生模式下的长势

4.4 加州鲈鱼养殖试验

试验设置1～4号养殖桶4个，养殖水体32 m3。2019年7月21日开始养殖加州鲈鱼，放养规格为44尾/kg，共4 545尾；8月21日过筛分大小，1号桶放养加州鲈鱼1 131尾，规格为62.5 g/尾；2号桶放养加州鲈鱼1 020尾，规格为62.5 g/尾；3号桶放养加州鲈鱼1 020尾，规格为44.1 g/尾；4号桶放养加州鲈鱼1 252尾，规格为44.1 g/尾。养殖4个多月后，加州鲈鱼生长良好，经现场调查，1号桶、2号桶的加州鲈鱼平均规格达到350 g/尾，3号桶、4号桶的加州鲈鱼平均规格达到320 g/尾，平均成活率为90%，平均产量达42.8 kg/m3，养殖效益为17.9万元/667 m2。鱼菜共生模式下加州鲈鱼的养殖效益远高于传统鱼塘养殖（见表2）。

表2 不同养殖模式下加州鲈鱼的养殖效益

5 小结

鱼菜共生是一种生产实用型生态种养模式，是未来农业发展的新趋势。青菜、芹菜和生菜等蔬菜和加州鲈鱼在第3代鱼菜共生系统中表现出生产效益高、生态效益好的特点。我们技术团队下一步的工作重点是加大水产养殖品种和蔬菜种植品种的引试力度，丰富适宜该系统的种养品种，并进行水质变化和营养转化的大数据分析，构建数据模型，优化系统的运行效果，提高系统的运行效率。