魚(yú)菜共生立體栽培、氣霧栽培生態(tài)循環(huán)種植技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景

張和順 田利華 勞棟添 江法源

摘 要：隨著社會(huì)的快速發(fā)展以及人口的增加，近年來(lái)我國(guó)農(nóng)業(yè)耕地面積日益減少，耕地污染形勢(shì)日趨嚴(yán)重，人們對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，對(duì)環(huán)境生態(tài)循環(huán)種植及安全、綠色、無(wú)污染、有機(jī)種植的蔬菜提出了更高的要求，因此魚(yú)菜共生立體栽培、氣霧栽培生態(tài)循環(huán)種植技術(shù)有廣闊發(fā)展前景。該文對(duì)魚(yú)菜共生立體栽培、氣霧栽培生態(tài)循環(huán)種植技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景進(jìn)行了分析，以期促進(jìn)魚(yú)菜共生立體栽培、氣霧栽培生態(tài)循環(huán)種植技術(shù)的推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：魚(yú)菜共生;立體栽培;氣霧栽培;現(xiàn)狀;發(fā)展前景

中圖分類(lèi)號(hào) S953.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2022）05-0075-03

魚(yú)菜共生立體栽培、氣霧栽培生態(tài)循環(huán)種植技術(shù)是近年新興的蔬菜無(wú)土栽培技術(shù)，目前在我國(guó)應(yīng)用規(guī)模較小，欠缺種植經(jīng)驗(yàn)。為了探討魚(yú)菜共生立體栽培、氣霧栽培生態(tài)循環(huán)種植技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用價(jià)值，總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為種植企業(yè)和農(nóng)戶提供參考信息，2016年1月至2017年12月筆者所在項(xiàng)目組建立了約1000m2的立體式栽培種植設(shè)施，開(kāi)展為期2年的試驗(yàn)。

1 魚(yú)菜共生立體栽培、氣霧栽培生態(tài)循環(huán)種植技術(shù)背景

2018年中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的意見(jiàn)》中指出，實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，是黨的十九大作出的重大決策部署，是決勝全面建成小康社會(huì)、全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家的重大歷史任務(wù)，是新時(shí)代“三農(nóng)”工作的總抓手。實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，要把人力資本開(kāi)發(fā)放在首要位置，暢通智力、技術(shù)、管理下鄉(xiāng)通道，造就更多鄉(xiāng)土人才，聚天下人才而用之。

1.1 國(guó)內(nèi) 國(guó)內(nèi)也有少數(shù)模仿外國(guó)技術(shù)開(kāi)展的魚(yú)菜共生生產(chǎn)，主要問(wèn)題在于沒(méi)有自己的技術(shù)方案和知識(shí)產(chǎn)權(quán)，使得生產(chǎn)受制于外國(guó)技術(shù)指導(dǎo)。同時(shí)，該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)外的成功并不代表在國(guó)內(nèi)能有效運(yùn)作，例如不同的地方有不同的環(huán)境、氣候、種植蔬菜品種和養(yǎng)殖魚(yú)品種，這使得國(guó)外的生產(chǎn)模式和數(shù)據(jù)在國(guó)內(nèi)并不一定能有效運(yùn)行。

1.2 國(guó)外 在科研方面，國(guó)外各大學(xué)在魚(yú)菜共生課題上的試驗(yàn)不足之處在于規(guī)模小、時(shí)間短。小型的種養(yǎng)規(guī)模在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上難以獲取可以穩(wěn)定的試驗(yàn)數(shù)值，對(duì)大型生產(chǎn)的指導(dǎo)意義不大。同時(shí)，國(guó)外試驗(yàn)的觀察期通常在1～3個(gè)月，而農(nóng)業(yè)科學(xué)試驗(yàn)本身就隨著季節(jié)氣候的變化而出現(xiàn)不同的觀察結(jié)果，因此使得相關(guān)文獻(xiàn)的參考意義也有限。

在實(shí)際生產(chǎn)方面，縱觀美國(guó)和澳大利亞的魚(yú)菜共生生產(chǎn)先驅(qū)，其特征在于人力成本高、產(chǎn)出差異性大以及生產(chǎn)過(guò)程有人工添加物。國(guó)外生產(chǎn)者多采用浮筏深水式（DFT）魚(yú)菜共生技術(shù)，這使得系統(tǒng)維護(hù)成本高，人力需求大，最終導(dǎo)致蔬菜成本高，難以推廣。例如，香港市面的魚(yú)菜共生蔬菜售價(jià)已為120港元/500g。與此同時(shí)，由于缺乏規(guī)范的操作步驟和生產(chǎn)種植標(biāo)準(zhǔn)，使得蔬菜品質(zhì)不一，市場(chǎng)需求量大，產(chǎn)出不穩(wěn)定，難以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。最后，傳統(tǒng)魚(yú)菜共生技術(shù)由于技術(shù)所限，仍需在系統(tǒng)中添加人工化學(xué)合成的試劑和營(yíng)養(yǎng)液元素，以補(bǔ)充蔬菜所需的營(yíng)養(yǎng)元素，并非有機(jī)綠色的種植生產(chǎn)模式。

2 魚(yú)菜共生立體栽培生態(tài)循環(huán)種植技術(shù)的應(yīng)用

建設(shè)的模型包括種植架、養(yǎng)殖箱、微生物過(guò)濾等設(shè)備。種植架為雙層不銹鋼結(jié)構(gòu)，搭設(shè)營(yíng)養(yǎng)液膜水培設(shè)備6組，每組4m。養(yǎng)殖箱為2個(gè)容積為1t的水箱，可按4∶6的養(yǎng)殖比例養(yǎng)殖錦鯉和草魚(yú)50kg，提供50m2雙層蔬菜種植模型，滿足蔬菜生長(zhǎng)量的需求。在魚(yú)菜共生循環(huán)水處理方面，項(xiàng)目應(yīng)用4個(gè)硝化池和轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾器循環(huán)魚(yú)糞便水質(zhì)的處理方法，成功培育出硝化細(xì)菌，用以分解水體中的氨氮。

2.1 微生物處理養(yǎng)殖 選育了廣東開(kāi)平地區(qū)的優(yōu)生蠅種，通過(guò)吸引環(huán)境蠅種產(chǎn)卵的方式，既減少了環(huán)境中的害蟲(chóng)數(shù)量，又運(yùn)用了蠅蛆的特點(diǎn)，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢物生產(chǎn)活體蛋白飼料和作為平衡水質(zhì)的元素。與此同時(shí)，蠅蛆的養(yǎng)殖有助消耗農(nóng)業(yè)廢棄物，豬糞、魚(yú)下腳料等均可作為蠅蛆的飼料，在生產(chǎn)過(guò)程中不但回收了污染物，更生產(chǎn)出了有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的有機(jī)肥。

2.2 規(guī)?；N植 第一階段，經(jīng)過(guò)對(duì)魚(yú)類(lèi)的養(yǎng)殖試驗(yàn)篩選出2個(gè)品種對(duì)蔬菜生長(zhǎng)具有非常好的效果;對(duì)30個(gè)蔬菜品種生長(zhǎng)情況觀察，篩選出6個(gè)蔬菜品種在魚(yú)菜共生種植方面有特別好的生長(zhǎng)效果。第二階段，摸索出魚(yú)菜共生水質(zhì)的處理方法和魚(yú)糞便處理方法及規(guī)模養(yǎng)殖魚(yú)的數(shù)量，在生產(chǎn)中可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化種植。

2.3 生物降解 試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了很多實(shí)用價(jià)廉的農(nóng)業(yè)生化過(guò)濾介質(zhì)。生化介質(zhì)是用于硝化細(xì)菌附著的介質(zhì)，使得硝化細(xì)菌能在水中順利將氨氮分解成為能被植物直接吸收的硝酸鹽。市面上的傳統(tǒng)生化介質(zhì)價(jià)格十分高昂。課題組經(jīng)過(guò)論證和研究，發(fā)現(xiàn)廢棄蠔殼和陶粒均為效果極佳的硝化介質(zhì)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的水處理提供了可以推廣普及的解決方案;研究了蚯蚓養(yǎng)殖技術(shù)，將蚯蚓養(yǎng)殖引入魚(yú)菜共生體系中，使蚯蚓協(xié)助分解魚(yú)糞和殘余飼料等大分子廢物，從而有助微生物分解，促進(jìn)蔬菜吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

2.4 營(yíng)養(yǎng)生態(tài)平衡 在傳統(tǒng)魚(yú)菜共生的生產(chǎn)中，由于魚(yú)糞營(yíng)養(yǎng)比例問(wèn)題，需要人為添加化學(xué)肥料，例如螯合鐵和氯化鉀元素等。而研究組在2年的攻堅(jiān)過(guò)程中，研究提取益生菌，以益生菌發(fā)酵技術(shù)發(fā)酵水果皮、廢棄的蔬菜葉、花生麩等生活廢料，并以發(fā)酵的自然產(chǎn)物逐步取代化學(xué)肥料的添加，實(shí)現(xiàn)了純天然的有機(jī)生產(chǎn)體系。課題組現(xiàn)已能通過(guò)不同有機(jī)發(fā)酵液的精確調(diào)控，滿足蔬菜生長(zhǎng)中的營(yíng)養(yǎng)平衡和比例所需。

2.5 優(yōu)選適合的魚(yú)類(lèi)和蔬菜品種 現(xiàn)以生態(tài)循環(huán)方式進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，養(yǎng)殖了錦鯉、草魚(yú)、羅非魚(yú)，密度達(dá)到工廠化生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。在蔬菜生產(chǎn)方面，課題組選取了具有水培特色的蔬菜品種進(jìn)行品種對(duì)比種植試驗(yàn)，現(xiàn)階段總結(jié)培育了10種特別適宜魚(yú)菜共生的蔬菜品種，其中有水口白菜、生菜、珍珠介菜、奶油生菜、奶白小皇菜、小白菜、菜心、空心菜、魚(yú)腥草、臺(tái)灣西洋菜。

2.6 蔬菜育苗 魚(yú)菜共生系統(tǒng)中定植的蔬菜相對(duì)于傳統(tǒng)蔬菜具有更高的要求。首先，菜苗要具有較強(qiáng)的吸收能力，保證蔬菜在相對(duì)傳統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)液肥量較少的魚(yú)菜共生系統(tǒng)中仍能吸收其中的養(yǎng)分。其次，菜苗要有較強(qiáng)的水培適應(yīng)能力，能適應(yīng)移植后的環(huán)境改變，如EC值、pH和滲透壓差等。最后，蔬菜需要有較強(qiáng)的耐低氧能力，以應(yīng)對(duì)夏季極端天氣水溶氧低的問(wèn)題。

2.7 環(huán)境調(diào)控 傳統(tǒng)魚(yú)菜共生或水培均以單一的種植方法栽培，缺點(diǎn)是不能適應(yīng)四季氣候的變化和不同蔬菜對(duì)環(huán)境的要求。課題組在試驗(yàn)過(guò)程中不斷探索新的種植方法，包括浮筏式（DFT）、營(yíng)養(yǎng)液膜式（NFT）和氣霧栽培，其中更研發(fā)了空氣液模式（AFT）和極淺基質(zhì)培等多種種植方法，以適應(yīng)廣東省夏季高溫種植難的情況。另外，課題組率先提出了標(biāo)靶供水的概念，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)1年的試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)顯示了在特定情況下水培蔬菜供水的時(shí)間差和生長(zhǎng)情況的關(guān)系。

3 魚(yú)菜共生氣霧栽培生態(tài)循環(huán)種植技術(shù)的應(yīng)用

在設(shè)施的搭建上，高強(qiáng)度的泡沫定植板被傾斜鋪設(shè)在縱截面為三角形的種植架上，使種植架中間形成一個(gè)被稱為氣霧室的密閉空間，并在其中安裝氣霧噴頭。株高8cm的菜苗以海綿固定在泡沫定植板的孔洞上，使得蔬菜的根系裸露在氣霧室中，氣霧室定時(shí)噴灑營(yíng)養(yǎng)液，使蔬菜獲取足夠的水分、氧氣及營(yíng)養(yǎng)元素。

3.1 種植方式 相對(duì)于傳統(tǒng)水培而言，氣霧栽培直接將霧狀的養(yǎng)魚(yú)營(yíng)養(yǎng)液噴灑在蔬菜根部，所需積存的營(yíng)養(yǎng)液少，節(jié)省了約60%的用水量和肥量，提升了營(yíng)養(yǎng)液的運(yùn)用率和精準(zhǔn)度。未能被利用的霧化營(yíng)養(yǎng)液將被收集，經(jīng)紫外光殺菌后再次被利用，直至其導(dǎo)電率低于水培指標(biāo)值時(shí)更換。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通常在1～2年的葉菜種植周期中均無(wú)需更換養(yǎng)魚(yú)的水。此外，氣霧栽培技術(shù)采用間歇式氣霧噴灑，無(wú)需連續(xù)運(yùn)作，耗電量低。

3.2 蔬菜生長(zhǎng)速率 氣霧栽培的特點(diǎn)在于讓根系暴露在空氣中獲取足夠的氧氣進(jìn)行呼吸作用，從而優(yōu)化了根系環(huán)境，提升了根系的生長(zhǎng)速率和吸收速率。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，葉菜類(lèi)蔬菜根系生長(zhǎng)十分發(fā)達(dá)，如生菜的根系最長(zhǎng)達(dá)1m，是傳統(tǒng)水培的2～3倍。發(fā)達(dá)的根系增加了蔬菜對(duì)營(yíng)養(yǎng)液的吸收面積，使得蔬菜在根系強(qiáng)大的吸收作用下，生長(zhǎng)速率大幅提升，相對(duì)于傳統(tǒng)浮筏式水培，葉菜類(lèi)的生長(zhǎng)周期縮短了1/5。

3.3 空間利用率 塔式氣霧栽培是通過(guò)把蔬菜定植在傾斜的強(qiáng)化泡沫板上進(jìn)行種植，讓種植空間傾斜向上發(fā)展，使種植面積相對(duì)于水平種植提升了1倍，有利于充分利用智能溫室內(nèi)的空間和提升產(chǎn)量。此外，氣霧栽培在人工條件下進(jìn)行集約化生產(chǎn)，人工控制環(huán)境，無(wú)需土壤和基質(zhì)，對(duì)環(huán)境惡劣地區(qū)乃至遠(yuǎn)洋航海船舶的蔬菜供應(yīng)有著重要意義。

3.4 存在的缺點(diǎn)及改進(jìn)方法 氣霧栽培管理精細(xì)，維護(hù)成本高。因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)液要經(jīng)過(guò)氣霧噴頭霧化，而噴孔非常細(xì)微，因此營(yíng)養(yǎng)液在噴灑前需要被過(guò)濾以防止噴頭堵塞，建議過(guò)濾條件為400目。此外，噴頭在長(zhǎng)期運(yùn)作下會(huì)累積污垢，如果不及時(shí)清理，同樣有可能造成堵塞，影響生產(chǎn)。因此，在每個(gè)葉菜種植周期都要拆卸氣霧噴頭進(jìn)行清洗，并在拆卸噴頭后啟動(dòng)設(shè)備噴灑清水，從而沖出積累在管道和噴頭上的雜質(zhì)。

3.5 衛(wèi)生條件 因氣霧室是一個(gè)密閉空間，陰暗潮濕，如果管理不當(dāng)，則有可能滋生細(xì)菌和真菌，影響蔬菜的正常生長(zhǎng)，因此在管理中應(yīng)注意2點(diǎn)：安裝紫外光燈滅菌器，保證所有養(yǎng)魚(yú)水中的營(yíng)養(yǎng)液在進(jìn)入氣霧室前均經(jīng)過(guò)消毒，防止病害傳播;在每個(gè)生產(chǎn)周期收獲后都要打開(kāi)定植板，晾曬定植板和氣霧室3d，既能通過(guò)陽(yáng)光殺菌，也能干燥定植板，從而破壞細(xì)菌滋生的條件。

3.6 適應(yīng)性 在定植方面，因需要以海綿包裹菜苗，然后固定在泡沫板的孔洞中，因此定植時(shí)有可能出現(xiàn)折損。建議不同的蔬菜應(yīng)選定不同的階段定植，保證其莖部已成長(zhǎng)到足夠的硬度和韌度，通常蔬菜株高為8cm時(shí)均適宜被定植。此外，氣霧栽培使蔬菜被立體傾斜種植，故蔬菜需要適應(yīng)該種植角度。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，空心菜和廣東菜心對(duì)傾斜立體種植的適應(yīng)性不佳。在種植方面，不同蔬菜對(duì)水培的適應(yīng)性也存在不同，實(shí)踐中以小白菜、芥菜和生菜的傳統(tǒng)水培蔬菜品種的生長(zhǎng)情況最佳，且生長(zhǎng)期相對(duì)傳統(tǒng)水培更短，因此在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)應(yīng)試種各種蔬菜，篩選適應(yīng)性最好的蔬菜進(jìn)行氣霧栽培，才能最大發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

4 發(fā)展前景

我國(guó)農(nóng)業(yè)蔬菜生產(chǎn)耕地面臨嚴(yán)重的污染以及耕地面積越來(lái)越小的變化，魚(yú)菜共生氣霧栽培生態(tài)循環(huán)種植技術(shù)是一種新型的復(fù)合耕作體系，其將水產(chǎn)養(yǎng)殖與水耕栽培這2種原本完全不同的農(nóng)耕技術(shù)，通過(guò)巧妙的生態(tài)設(shè)計(jì)，達(dá)到科學(xué)的協(xié)同共生，從而實(shí)現(xiàn)養(yǎng)魚(yú)不換水而無(wú)水質(zhì)憂患，種菜不施肥而能正常生長(zhǎng)的生態(tài)共生效應(yīng)。魚(yú)菜共生氣霧栽培讓動(dòng)物、植物、微生物三者之間達(dá)到一種和諧的生態(tài)平衡關(guān)系，是未來(lái)可持續(xù)循環(huán)型零排放的低碳生產(chǎn)模式，更是有效解決農(nóng)業(yè)生態(tài)危機(jī)的有效方法。

通過(guò)魚(yú)菜共生系統(tǒng)各階段的試驗(yàn)研究，表明運(yùn)用魚(yú)、植物、微生物間、益生菌的平衡相生，可以使有效的水資源最大化地利用于養(yǎng)殖與種植，特別是養(yǎng)殖過(guò)程中魚(yú)類(lèi)排泄物與飼料殘?jiān)丘B(yǎng)殖水污染惡化的主要誘因，將蚯蚓養(yǎng)殖引入魚(yú)菜共生系統(tǒng)中，使蚯蚓協(xié)助分解魚(yú)糞和殘余飼料等大分子廢物，從而有助微生物分解，促進(jìn)蔬菜吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。這對(duì)于高密度節(jié)水型的工廠化養(yǎng)殖來(lái)說(shuō)是一個(gè)關(guān)健性的技術(shù)問(wèn)題，如果沒(méi)有卓著的水處理能力，是難以做到水資源的循環(huán)利用。在常規(guī)的工廠化養(yǎng)魚(yú)過(guò)程中，通常以結(jié)合物理、化學(xué)綜合處理方法來(lái)解決，這雖能有效修復(fù)水質(zhì)，但成本過(guò)高，除了涉及到相關(guān)設(shè)備與設(shè)施外，運(yùn)行成本及電費(fèi)也是一筆不小的投入。針對(duì)這些問(wèn)題，課題組采取植物與微生物的生物處理方法來(lái)取代原來(lái)的氨氮等污染物處理的物理化學(xué)裝備，既可以降低成本，又可以使生產(chǎn)更方便，管理更簡(jiǎn)單，減免了繁瑣的設(shè)備操作與管理，讓工廠化種養(yǎng)輕松且綠色，與微生物及植物技術(shù)有機(jī)相結(jié)合，形成一種特有的養(yǎng)殖種植模式，這也是研究魚(yú)菜共生系統(tǒng)主要目標(biāo)。魚(yú)菜共生系統(tǒng)是當(dāng)前工廠化養(yǎng)殖種植過(guò)程中，投入成本最低的一種集約化現(xiàn)代化種養(yǎng)結(jié)合生產(chǎn)模式。

魚(yú)菜共生立體栽培、氣霧栽培生態(tài)循環(huán)種植技術(shù)是一種全新的現(xiàn)代化科技生態(tài)農(nóng)業(yè)項(xiàng)目，運(yùn)用封閉式水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)、蚯蚓養(yǎng)殖技術(shù)和水循環(huán)種植技術(shù)，搭建一個(gè)環(huán)保節(jié)能、生態(tài)有機(jī)、安全健康、無(wú)污染、無(wú)公害的魚(yú)菜共生氣霧栽培系統(tǒng)，在養(yǎng)殖和種植生產(chǎn)過(guò)程中，充分發(fā)揮自然有機(jī)的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，均不使用農(nóng)藥、化肥、抗生素等有害物質(zhì)，保證農(nóng)產(chǎn)品安全、綠色、優(yōu)質(zhì)、有機(jī)、健康。該系統(tǒng)將是有機(jī)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)、創(chuàng)新農(nóng)業(yè)和科技農(nóng)業(yè)的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1]張和順.工廠化蔬菜氣霧栽培技術(shù)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)信息，2017（3）：90-91.

[2]徐偉忠.新型魚(yú)菜共生系統(tǒng)項(xiàng)目[Z].麗水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，2007（5）.