武漢市溫室內(nèi)魚(yú)菜共生循環(huán)農(nóng)業(yè)案例調(diào)查

吳春紅，馮 威，左 樂(lè)，陳 高，陳禪友

（1.江漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院∕湖北省豆類(lèi)（蔬菜）工程技術(shù)研究中心，武漢 430056；2.武漢樂(lè)川現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技有限公司，武漢 430000）

湖北省水資源利用效率較低［1］，武漢市人均耕地面積不足0.03 hm2，只有全國(guó)人均的38.5%，部分耕種土地還存在重金屬超標(biāo)［2］。魚(yú)菜共生系統(tǒng)（Aquaponics）是一種綜合性的生產(chǎn)模式［3］，可以有效緩解土地和水資源緊缺問(wèn)題。魚(yú)菜共生的雛形最早可追溯到1 700 年前東漢時(shí)期的稻田養(yǎng)魚(yú)［4］。隨著近現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，魚(yú)與菜的共生從池塘轉(zhuǎn)移到設(shè)施內(nèi)，能控制內(nèi)部的光照、溫度、水分、氣體、肥料等多項(xiàng)指標(biāo)，受外部影響較小，具備節(jié)能、高效等特點(diǎn)。

鄉(xiāng)村振興是使鄉(xiāng)村走上高質(zhì)量發(fā)展道路，不是簡(jiǎn)單的脫貧［5］。都市農(nóng)業(yè)是鄉(xiāng)村振興的重要支撐［6］，設(shè)施魚(yú)菜共生是都市循環(huán)農(nóng)業(yè)的一種新模式。研究魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)的可行性及其效益，對(duì)鄉(xiāng)村高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。本研究于2021 年12 月至2022 年4 月，對(duì)武漢市蔡甸區(qū)智順現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生態(tài)園樂(lè)川魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，分析了其水質(zhì)狀況、栽培植物營(yíng)養(yǎng)需求及產(chǎn)生的效益，并提出都市溫室魚(yú)菜共生產(chǎn)業(yè)模式的發(fā)展建議，以期助力產(chǎn)業(yè)升級(jí)和鄉(xiāng)村振興。

1 魚(yú)菜共生系統(tǒng)調(diào)查對(duì)象和內(nèi)容

1.1 調(diào)查對(duì)象

調(diào)查對(duì)象為武漢市蔡甸區(qū)侏儒山街群力村智順現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生態(tài)園樂(lè)川魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)。樂(lè)川魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)地處東經(jīng)113°44′，北緯30°25′，氣候條件屬于典型的亞熱帶內(nèi)陸濕地型，四季雨量充沛。該地區(qū)上半年以陰天為多，光照不足，早春溫度變化幅度較大，喜溫蔬菜生長(zhǎng)緩慢，抗病性變差，溫室適合種植半耐寒性蔬菜。下半年陰天減少，日照豐富，適合種植喜溫蔬菜。

1.2 調(diào)查內(nèi)容

2021 年12 月至2022 年4 月對(duì)樂(lè)川魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查。調(diào)查內(nèi)容包括農(nóng)場(chǎng)的區(qū)域規(guī)模、設(shè)施狀況、主要種養(yǎng)品種、銷(xiāo)售形式及價(jià)格等，同時(shí)開(kāi)展魚(yú)菜共生模式下的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益調(diào)查分析。

1.3 魚(yú)菜共生系統(tǒng)水質(zhì)檢測(cè)和植物營(yíng)養(yǎng)需求測(cè)定

1.3.1 水質(zhì)樣品 2022 年4 月11 日在樂(lè)川魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)采集循環(huán)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)水樣，分別為魚(yú)池出水口、種植池進(jìn)水口、果菜類(lèi)種植池出水口、葉菜類(lèi)種植池出水口、香料類(lèi)種植池出水口、混種類(lèi)種植池出水口，果菜類(lèi)種植池、葉菜類(lèi)種植池、香料類(lèi)種植池、混種類(lèi)種植池，共計(jì)10 處節(jié)點(diǎn)，并以當(dāng)?shù)刈詠?lái)水為對(duì)照。檢測(cè)水樣的溶氧度（DO）、pH、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨態(tài)氮、磷酸鹽、鉀鹽的含量。

1.3.2 水培蔬菜樣品 隨機(jī)取種植池內(nèi)的水培蔬菜芹菜、生菜、薄荷各6 株，樣本平均質(zhì)量分別為（731.1±135.2）g∕株、（167.6±7.5）g∕株、（56.4±13.3）g∕株，然后分別取樣檢測(cè)其根、莖、葉中氮、磷、鉀含量。

1.3.3 水質(zhì)參數(shù)檢測(cè)方法 節(jié)點(diǎn)水樣采集后，現(xiàn)場(chǎng)使用試劑盒（表1）進(jìn)行pH、溶解氧（DO）、氨態(tài)氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、磷酸鹽、鉀鹽含量的測(cè)定。

表1 試劑盒品牌、檢測(cè)指標(biāo)及其范圍

1.3.4 蔬菜樣品中氮、磷、鉀含量的測(cè)定方法 蔬菜中氮、磷、鉀的測(cè)定，參考NY∕T 2017—2011 中的試驗(yàn)方法［7］。蔬菜樣品采用H2SO4-H2O2消煮法進(jìn)行消煮，氮含量的測(cè)定采用凱式定氮法，磷含量的測(cè)定采用鉬銻抗吸光光度法，鉀含量的測(cè)定采用火焰原子吸收分光光度法。

2 魚(yú)菜共生系統(tǒng)調(diào)查結(jié)果

樂(lè)川魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)占地2 300 m2，為南北朝向的多脊型玻璃連棟溫室，內(nèi)部安裝參數(shù)監(jiān)控裝置，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)相互連接，調(diào)控溫室內(nèi)環(huán)境。

2.1 農(nóng)場(chǎng)設(shè)施情況

魚(yú)菜共生循環(huán)系統(tǒng)由魚(yú)池、蔬菜種植池、機(jī)械過(guò)濾池、微生物反應(yīng)池、水培管道5 個(gè)主要部分組成，布局如圖1 所示。

圖1 樂(lè)川魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)內(nèi)部布局

系統(tǒng)內(nèi)共有11 個(gè)魚(yú)池，每個(gè)魚(yú)池的容積為9 m3，可投喂500 kg 魚(yú)，屬于高密度養(yǎng)殖。魚(yú)池結(jié)構(gòu)為混凝土制掩埋式，長(zhǎng)寬比接近1∶1 的平底方形槽，外部用藍(lán)色涂刷，正面上部鑲嵌一塊透明亞克力板用于觀察內(nèi)部情況。因無(wú)曝氣設(shè)備，內(nèi)部魚(yú)類(lèi)活動(dòng)情況清晰可見(jiàn)，觀賞性比較好。

蔬菜種植池共22 組，結(jié)構(gòu)也是混凝土制掩埋式，平底長(zhǎng)方形，外層涂藍(lán)色，池中放置挖圓孔泡沫板，加上海綿塞用于承載蔬菜，兩端分別設(shè)有進(jìn)水口與出水口，蔬菜種植結(jié)構(gòu)如圖2 所示。根據(jù)不同的蔬菜種類(lèi)進(jìn)行了分區(qū)，分別為果菜類(lèi)、香料類(lèi)、葉菜類(lèi)、混種類(lèi)（用于特色成果的展示），種植池兩側(cè)設(shè)置液氧系統(tǒng)不間歇供氧，增加系統(tǒng)內(nèi)的溶解氧。

圖2 樂(lè)川魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)蔬菜種植池

微生物反應(yīng)池是整個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)的廢水經(jīng)過(guò)微生物反應(yīng)池轉(zhuǎn)換為可供植物吸收利用的水分，且養(yǎng)分充足。機(jī)械過(guò)濾池處在魚(yú)池與微生物反應(yīng)池之間，與微生物反應(yīng)池等長(zhǎng)等寬，床內(nèi)鋪滿陶礫，用于分離魚(yú)池排出的水中的固體，如殘餌，避免有害氣體與有毒中間產(chǎn)物的產(chǎn)生。緊鄰機(jī)械過(guò)濾池，與其等長(zhǎng)等寬，池上蓋塑料蓋板營(yíng)造黑暗環(huán)境，池內(nèi)曝氣，提供充足的氧水環(huán)境，內(nèi)部放置塑料球形顆粒用于微生物定植。水培組件由水泵和管道組成，水泵提供動(dòng)力，管道連接整個(gè)系統(tǒng)，使用塑料制成，將魚(yú)池內(nèi)廢水連通到機(jī)械過(guò)濾池，過(guò)濾后通過(guò)管道進(jìn)入微生物反應(yīng)池，后分流至各蔬菜種植池，最后凈化的水回流至魚(yú)池內(nèi)。

2.2 種養(yǎng)品種

樂(lè)川魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)魚(yú)池內(nèi)養(yǎng)殖的水產(chǎn)品主要有加州鱸魚(yú)（Micropterus salmoides）、鱔魚(yú)（Monopterus albus）、泥鰍（Misgurnus anguillicaudatus）、羅氏沼蝦（Macrobrachium rosenbergii）和錦鯉魚(yú)（Cyprinus carpio haematopterus）5 個(gè)品種。加州鱸魚(yú)又稱(chēng)大口黑鱸，是棘臀魚(yú)科黑鱸屬魚(yú)類(lèi)，在魚(yú)池內(nèi)生長(zhǎng)快且抗性好，能適應(yīng)魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)的生長(zhǎng)環(huán)境，容易飼養(yǎng)，在市場(chǎng)上受眾廣、收益好；鱔魚(yú)又稱(chēng)黃鱔，是熱帶魚(yú)，肉質(zhì)鮮美，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高；泥鰍是鰍科泥鰍屬鰍類(lèi)，屬于底棲魚(yú)類(lèi)，對(duì)低溶氧的耐受性強(qiáng)，不喜光，晝伏夜出，肉質(zhì)勁道，受東亞地區(qū)人民喜愛(ài)；羅氏沼蝦是長(zhǎng)臂蝦科沼蝦屬動(dòng)物，從幼蝦到成蝦階段生活在淡水中，對(duì)溶解氧的要求很高，對(duì)養(yǎng)殖水體相對(duì)挑剔，是高級(jí)水產(chǎn)品，市場(chǎng)價(jià)值高；錦鯉屬于鯉科，在魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)中主要供觀賞用。

魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)內(nèi)水培的作物種類(lèi)見(jiàn)表2，其中生菜、芹菜、小白菜是食用綠葉嫩莖的速生蔬菜；花椰菜和紅菜薹屬于結(jié)球蕓薹類(lèi)，根系比較淺；番茄和茄子主要產(chǎn)品為果實(shí)，此類(lèi)蔬菜根系比較發(fā)達(dá)；蘿卜屬于肉質(zhì)直根類(lèi)，對(duì)水分的需求大。薄荷和迷迭香是芬香類(lèi)蔬菜，單分一類(lèi)。葉菜類(lèi)、果菜類(lèi)和香料類(lèi)分別種植在不同的區(qū)域（圖1）。

表2 魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)主要水培作物

3 魚(yú)菜共生系統(tǒng)效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)不施用營(yíng)養(yǎng)液和農(nóng)藥，產(chǎn)品定位是潔凈農(nóng)產(chǎn)品。養(yǎng)殖的魚(yú)類(lèi)腹中無(wú)因應(yīng)激反應(yīng)而產(chǎn)生的黑膜，品質(zhì)和價(jià)格都較高，符合消費(fèi)者的需求。農(nóng)場(chǎng)30 d 可以收獲一批生菜，7～10 d 可以收獲一批香料，5～6 個(gè)月可以上市一批鱸魚(yú)、黃骨魚(yú)等水產(chǎn)品，具體產(chǎn)品種類(lèi)和價(jià)格見(jiàn)表3，投資回收期相對(duì)合理。從企業(yè)的收入分析報(bào)告來(lái)看，收益較為樂(lè)觀。魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)具備設(shè)施園藝的特性和循環(huán)農(nóng)業(yè)對(duì)化肥依賴性低的特點(diǎn)，避免了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)因?yàn)闅夂蚝突蕛r(jià)格波動(dòng)而產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)和收益波動(dòng)。

表3 魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)售賣(mài)產(chǎn)品價(jià)格

一般魚(yú)菜共生從業(yè)者被分為3 類(lèi)［8］：第1 類(lèi)是銷(xiāo)售魚(yú)菜共生的魚(yú)和蔬菜；第2 類(lèi)是銷(xiāo)售魚(yú)菜共生相關(guān)的服務(wù)和材料；第3 類(lèi)同時(shí)銷(xiāo)售魚(yú)、蔬菜、服務(wù)與材料；第3 類(lèi)的收入是第1 類(lèi)的4 倍，第2 類(lèi)的收入是第1 類(lèi)的2 倍。樂(lè)川魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)屬于第3 類(lèi)，同時(shí)也在進(jìn)行多元化的發(fā)展，提供農(nóng)業(yè)科普和旅游觀光服務(wù)，擁有良好的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

3.2 生態(tài)效益

魚(yú)菜共生系統(tǒng)為閉環(huán)設(shè)計(jì)，只有自來(lái)水進(jìn)水口，無(wú)排水口，日耗水量在1%～5%，無(wú)任何污染物排放。低耗水的特性不僅提高了水資源的利用效率，在水源相對(duì)缺乏的北方城市，魚(yú)菜共生系統(tǒng)也可以在低耗水的情況下提供水產(chǎn)品和蔬菜作物。魚(yú)菜共生系統(tǒng)中將蔬菜種植部分當(dāng)作廢水處理器，具有一定的生態(tài)價(jià)值，不僅提供多種無(wú)污染的蔬菜產(chǎn)品，還將原來(lái)高污染排放的傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)升級(jí)為具有生態(tài)效益的新型農(nóng)業(yè)。蔬菜的水培，同時(shí)節(jié)約了大量土地，減少了土耕栽培在施肥過(guò)程中因過(guò)量施肥造成的土地污染。

3.3 社會(huì)效益

樂(lè)川魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)可以提供約15 個(gè)工作崗位，解決了部分農(nóng)民的就業(yè)問(wèn)題，提高了當(dāng)?shù)鼐用袷杖?，吸引大學(xué)生回鄉(xiāng)創(chuàng)業(yè)，培養(yǎng)了新型農(nóng)業(yè)人才，帶動(dòng)了當(dāng)?shù)匕l(fā)展，增加了政府稅收。

農(nóng)場(chǎng)的北側(cè)緊挨蔡甸區(qū)成功中學(xué)，可為學(xué)校提供實(shí)踐教學(xué)基地，科普現(xiàn)代農(nóng)業(yè)知識(shí)。發(fā)展觀光農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)可滿足人們對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的物質(zhì)和精神需求，在一定程度上可改變?nèi)藗儗?duì)農(nóng)業(yè)的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，為當(dāng)?shù)剜l(xiāng)村振興的高質(zhì)量發(fā)展助力。

魚(yú)菜共生新型農(nóng)業(yè)的發(fā)展推動(dòng)了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)設(shè)施的建設(shè)，各種監(jiān)控調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、精細(xì)化施肥的應(yīng)用等，為高度依賴土地氣候條件和化肥農(nóng)藥的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化轉(zhuǎn)變提供了條件，改變了農(nóng)業(yè)上游產(chǎn)業(yè)較為單一的現(xiàn)狀，加快了農(nóng)業(yè)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。

4 魚(yú)菜共生系統(tǒng)水質(zhì)檢測(cè)和植物營(yíng)養(yǎng)需求分析

4.1 魚(yú)菜共生系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

4.1.1 pH 由表4 可知，整個(gè)系統(tǒng)pH 穩(wěn)定在6～7，符合魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖和蔬菜生長(zhǎng)環(huán)境要求，硝化細(xì)菌在pH 5.5～10.0 可進(jìn)行硝化反應(yīng)。魚(yú)菜共生系統(tǒng)為循環(huán)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的pH 處在各部分均能穩(wěn)定運(yùn)行的范圍是符合要求的。

表4 各節(jié)點(diǎn)水質(zhì)參數(shù)檢測(cè)結(jié)果

4.1.2 溶解氧（DO） 除混種區(qū)外，溶解氧含量在6～8 mg∕L，混種區(qū)種植池內(nèi)和出水口的溶解氧為5 mg∕L，可見(jiàn)混種類(lèi)對(duì)溶解氧的消耗比其他分區(qū)多（表4）。魚(yú)池內(nèi)的溶解氧為7 mg∕L，符合魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)的基本環(huán)境［9］，溶解氧在3～5 mg∕L 以下時(shí)會(huì)對(duì)魚(yú)類(lèi)的正常生長(zhǎng)造成嚴(yán)重影響，可能導(dǎo)致其無(wú)法存活，高飽和的溶解氧對(duì)魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)沒(méi)有明顯影響。

4.1.3 氨態(tài)氮含量 氨態(tài)氮濃度太低會(huì)導(dǎo)致植物生長(zhǎng)緩慢、葉片發(fā)黃等癥狀，當(dāng)濃度在0.5 mg∕L 以上時(shí)，可以促使植物生長(zhǎng)，但當(dāng)濃度過(guò)高，達(dá)到1.0 mg∕L時(shí)會(huì)抑制生長(zhǎng)，使根生長(zhǎng)過(guò)短［10］。系統(tǒng)的氨態(tài)氮含量在0～0.4 mg∕L（表4），種植池進(jìn)水口和香菜類(lèi)出水口含量較高，在0.2～0.4 mg∕L，沒(méi)有達(dá)到蔬菜生長(zhǎng)的最適濃度。有研究表明，氨態(tài)氮達(dá)0.2～1.0 mg∕L 時(shí)會(huì)對(duì)魚(yú)類(lèi)產(chǎn)生毒害，氨態(tài)氮會(huì)破壞魚(yú)類(lèi)的鰓組織，使血液中的紅細(xì)胞失去與氧結(jié)合的能力，導(dǎo)致呼吸功能下降。氨態(tài)氮主要侵入黏膜，特別是魚(yú)的鰓表皮和腸黏膜，其次侵入神經(jīng)系統(tǒng)，破壞魚(yú)等水生動(dòng)物的肝腎系統(tǒng)，導(dǎo)致體表臟器充血、肌肉增生和腫瘤［11］。

除香菜類(lèi)出水口外，各出水口的氨態(tài)氮含量為0～0.2 mg∕L，雖未達(dá)到蔬菜生長(zhǎng)最適濃度，但符合水產(chǎn)養(yǎng)殖的標(biāo)準(zhǔn)［12］。系統(tǒng)為循環(huán)結(jié)構(gòu)，維持這樣的氨態(tài)氮濃度符合魚(yú)菜共生系統(tǒng)的要求。

4.1.4 硝酸鹽含量 種植池中的硝酸鹽含量為10～20 mg∕L，且其對(duì)應(yīng)的出水口硝酸鹽含量也在10～20 mg∕L，大部分蔬菜對(duì)硝態(tài)氮有良好的吸收性［13］。硝酸鹽濃度變化平穩(wěn)，未對(duì)養(yǎng)殖系統(tǒng)造成影響。雖然硝態(tài)氮能增加植物生長(zhǎng)、提高產(chǎn)量，但在循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，硝態(tài)氮一旦過(guò)量，出現(xiàn)積累，則會(huì)抑制植物生長(zhǎng)［14］。4.1.5 亞硝酸鹽含量 各節(jié)點(diǎn)的亞硝酸鹽含量均低于0.10 mg∕L，其中果菜類(lèi)出水口、葉菜類(lèi)出水口、混種類(lèi)出水口、香菜類(lèi)種植池、混種類(lèi)種植池為0.05～0.10 mg∕L。亞硝酸鹽在系統(tǒng)中的含量小于0.10 mg∕L［15］，不會(huì)對(duì)魚(yú)類(lèi)造成毒害。穩(wěn)定運(yùn)行的魚(yú)菜共生系統(tǒng)中的亞硝酸鹽含量應(yīng)趨近于0 mg∕L，樂(lè)川魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)系統(tǒng)內(nèi)的亞硝酸鹽含量還有待進(jìn)一步優(yōu)化。

4.1.6 磷酸鹽含量 磷在系統(tǒng)中為非生物循環(huán)［16］，以磷酸根的形式存在，植物根系對(duì)磷有過(guò)濾和沉淀作用，根系在水中的接觸面越大，吸附作用就越強(qiáng)［17］，各節(jié)點(diǎn)中磷酸鹽的含量為10～25 mg∕L，說(shuō)明磷在系統(tǒng)中有一定積累，系統(tǒng)中蔬菜根系未能將磷從水中有效分離。

綜上所述，該魚(yú)菜共生系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果中，系統(tǒng)pH 在6～7，各節(jié)點(diǎn)均可檢測(cè)出亞硝酸鹽，說(shuō)明該系統(tǒng)的硝化反應(yīng)未能完全進(jìn)行。磷酸鹽含量在10～25 mg∕L，在此檢測(cè)區(qū)間內(nèi)未發(fā)生變化。硝酸鹽應(yīng)該由微生物反應(yīng)池中產(chǎn)生，各出水口的硝酸鹽含量在10～20 mg∕L，魚(yú)池出水口和種植池進(jìn)水口的硝酸鹽含量在20～40 mg∕L，說(shuō)明硝酸鹽在魚(yú)池中累積。

4.2 蔬菜樣品營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定結(jié)果

4.2.1 3 種水培蔬菜中氮、磷、鉀的含量 樂(lè)川魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)系統(tǒng)內(nèi)水培的芹菜、生菜、薄荷3 種蔬菜各器官中氮、磷、鉀的含量如表5 所示。3 種水培蔬菜根中氮、磷、鉀平均含量分別為29.339、4.959、31.117 g∕kg，莖中氮、磷、鉀平均含量分別為22.896、4.335、35.324 g∕kg，葉中氮、磷、鉀平均含量分別為33.416、6.359、23.881 g∕kg。

表5 水培蔬菜中氮、磷、鉀含量（單位：g∕kg）

由表5 可知，水培蔬菜中氮含量，除芹菜莖為18.195 g∕kg，其余均較高，薄荷葉中氮含量最高，達(dá)41.202 g∕kg。3 種蔬菜中磷的含量均較高，芹菜葉中高達(dá)9.520 g∕kg。蔬菜中鉀含量，芹菜莖最高，達(dá)60.271 g∕kg，最低為薄荷的莖，含量為11.443 g∕kg。除芹菜葉和薄荷莖缺鉀外，魚(yú)菜共生系統(tǒng)可以提供3 種蔬菜生長(zhǎng)基本所需的氮、磷、鉀元素。

4.2.2 植物營(yíng)養(yǎng)需求分析 據(jù)研究，氮濃度為108.276 mg∕L、磷含量為24.8 mg∕L、鉀含量為363.012 mg∕L 時(shí)最合適芹菜水培［18，19］；生菜的最佳營(yíng)養(yǎng)元素供應(yīng)，氮濃度為123.81～125.15 mg∕L［20］，鉀的濃度為144.3 mg∕L［21］，磷濃度為15.5 mg∕L［22］。氮是影響蘿卜高產(chǎn)的主要限制因素，氮、磷、鉀含量的最優(yōu)搭配為氮352.24 mg∕L、磷46.5 mg∕L、鉀315.9 mg∕L，可以兼顧生物產(chǎn)量、可溶性糖含量、可溶性蛋白質(zhì)含量［23］。精油含量及品質(zhì)與氮、磷、鉀含量相關(guān)，氮濃度在210 mg∕L 時(shí)薄荷精油產(chǎn)量可達(dá)最大；磷含量與精油產(chǎn)量成正比，磷濃度為15.5 mg∕L、鉀含量為117.22 mg∕L 時(shí)薄荷精油主要成分檸檬烯含量及品質(zhì)最佳［24］。小茴香在氮濃度為312 mg∕L、磷濃度為41 mg∕L、鉀濃度為243 mg∕L 時(shí)精油品質(zhì)最佳［25］。

由圖3、圖4、圖5 可知，樂(lè)川魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)系統(tǒng)內(nèi)各種作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的最佳需求不同，水培區(qū)內(nèi)蘿卜的氮需求量為番茄的2.3 倍。蘿卜的氮需求量最高，為352.24 mg∕L，水芹的氮需求量最低，為108.28 mg∕L，前者是后者的3.3 倍?？梢?jiàn)，該魚(yú)菜共生系統(tǒng)水質(zhì)中氮含量只能滿足部分蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育的需求，對(duì)于氮素營(yíng)養(yǎng)需求較高的作物，如不增加系統(tǒng)內(nèi)氮的含量，則無(wú)法達(dá)到最佳品質(zhì)。培養(yǎng)槽中磷含量水平中等，基本可滿足水芹、生菜、薄荷的需求，番茄的磷需求量最高，達(dá)50.69 mg∕L，生菜的磷需求量最低，為15.50 mg∕L。系統(tǒng)中鉀的含量可以滿足大部分作物的需求，葉菜區(qū)水芹對(duì)鉀的需求量是生菜的2.5倍。水芹對(duì)鉀的需求量最高，為363.012 mg∕L，薄荷對(duì)鉀的需求量最低，為117.22 mg∕L，前者是后者的3.1倍。因此，在同一個(gè)魚(yú)菜共生系統(tǒng)內(nèi)很難兼顧各類(lèi)蔬菜的最佳營(yíng)養(yǎng)需求。

圖3 水培蔬菜氮最佳需求比較

圖4 水培蔬菜磷最佳需求比較

圖5 水培蔬菜鉀最佳需求比較

5 討論與結(jié)論

5.1 魚(yú)菜共生農(nóng)場(chǎng)案例中存在的技術(shù)問(wèn)題

據(jù)水質(zhì)檢測(cè)和蔬菜中氮、磷、鉀含量測(cè)定的數(shù)據(jù)，結(jié)合文獻(xiàn)資料，發(fā)現(xiàn)魚(yú)菜共生系統(tǒng)運(yùn)行還存在一些問(wèn)題，溫室分區(qū)種植的蔬菜的最佳營(yíng)養(yǎng)需求差異較大，很難兼顧多種蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育的需求；各節(jié)點(diǎn)的水質(zhì)參數(shù)未能達(dá)到綜合最佳水平；磷含量偏高，有一定的積累現(xiàn)象；亞硝酸鹽偏高，接近臨界值等，同時(shí)尚缺乏對(duì)富余養(yǎng)分處理的途徑。

5.2 發(fā)展建議

該魚(yú)菜共生系統(tǒng)處于初期運(yùn)行狀態(tài)，水質(zhì)尚未穩(wěn)定，亞硝酸鹽含量接近毒害的臨界點(diǎn)。綜合營(yíng)養(yǎng)參數(shù)尚不能高效滿足蔬菜的營(yíng)養(yǎng)需求，故提出發(fā)展建議。

1）重新劃區(qū)。統(tǒng)計(jì)農(nóng)場(chǎng)內(nèi)的各類(lèi)作物，可以重新規(guī)劃栽培區(qū)域。如設(shè)立肉質(zhì)直根區(qū)、結(jié)球蕓薹區(qū)、茄果區(qū)、瓜類(lèi)區(qū)、豆類(lèi)區(qū)、蔥蒜類(lèi)區(qū)、綠葉嫩莖區(qū)、薯芋區(qū)、苗芽區(qū)等，使栽培條件和管理方法接近的作物歸類(lèi)在一起，方便管理，還可以根據(jù)水培植物營(yíng)養(yǎng)需求匹配魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖密度和調(diào)節(jié)微生物魚(yú)類(lèi)糞便處理能力。

2）最宜參數(shù)的確定。根據(jù)已有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得出每種作物的氮、磷、鉀含量關(guān)系，根據(jù)每個(gè)種植池∕區(qū)的參數(shù)建立多元回歸方程，通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算本系統(tǒng)內(nèi)最佳的各項(xiàng)參數(shù)；或確定每個(gè)分區(qū)的最低及最高營(yíng)養(yǎng)需求量，保證系統(tǒng)內(nèi)不會(huì)造成缺素癥或生長(zhǎng)脅迫的發(fā)生。

3）向解耦式魚(yú)菜共生系統(tǒng)發(fā)展。在種植池與魚(yú)池之間引入水處理單元，可在種植單元添加營(yíng)養(yǎng)液，滿足各種作物的需求。處理單元具備凈化系統(tǒng)，將水質(zhì)凈化至符合魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)環(huán)境要求，再排進(jìn)魚(yú)池中，將耦合式系統(tǒng)改建為解耦式。不過(guò)解耦式雖然是魚(yú)菜共生系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)，但會(huì)造成生產(chǎn)成本過(guò)高，企業(yè)負(fù)擔(dān)過(guò)重，收益期延緩。

4）建立魚(yú)、藻、菜模式。張柯新［26］對(duì)魚(yú)類(lèi)、藻類(lèi)、菜類(lèi)三者的共生系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，在魚(yú)池中加入一定的水生藻類(lèi)，可以提高對(duì)各類(lèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用，且添加營(yíng)養(yǎng)液后無(wú)不良反應(yīng)，能在較低成本下代替解耦式，達(dá)到提高循環(huán)利用效率的目的。