摘 要：鱼菜共生技术是将水产养殖、蔬菜种植和微生物发酵分解结合的一种资源节约、环境友好、可循环的生产模式，符合低碳农业和可持续发展的规律。通过综述鱼菜共生技术即国内外研究现状、鱼菜共生技术的原理、作用机理和类型，进一步阐述了其在水产中的应用。
关键词：鱼菜共生；池塘养殖；都市农业；低碳农业
Abstract：Aquaponicstechnologyisakindofresourcesaving，environmentfriendly，recyclablemodeofproductioncombinedwiththecharacteristicsofaquaculture，hydroponiccultivationofvegetables，microbialfermentationanddecomposition，whichmeetsthelawoflowcarbonagricultureandsustainabledevelopment.Thepapersummarizedthecurrentresearch，principleandtypesofaquaponicstechnology，anditsapplicationprospectinurbanfamilieswasalsodescribed.
Keywords：Aquaponics；pondculture；UrbanAgriculture；Low-carbonagriculture
目前，全球近1/3食用魚类都是由水产养殖业提供的，但水产养殖业在全球的迅速发展也带来了一系列的负面影响。由于水产养殖自身的生态结构和养殖方式的缺陷使得大部分养殖存在着许多环境问题，特别是很多商业化水产养殖的发展会涉及到扩大养殖区域、使用更高密度的水产养殖装置和使用来自临近区域之外的饲料、抗生素等问题。这些都可能导致生态环境的恶化对水域生物多样性的破坏和引起水域生态系统结构的变化等一系列问题[1]。20世纪90年代以来，可持续发展战略已成为世界潮流，循环经济是可持续发展的大趋势，循环经济是一种善待地球的最佳经济发展模式。鱼菜共生技术由传统的池塘养殖技术演变而来。鱼菜共生技术，亦称生态水培技术（Aquaponics），是将水产养殖、蔬菜种植和微生物发酵分解三种的不同技术通过科学的生态设计，达到协同共生、实现养鱼不（少）换水而无水质忧患、种菜不施肥而茁壮生长的生态共生效应，从而让鱼、菜和微生物三者之间达到一种和谐的生态平衡关系的新型复合养殖技术模式，属于可持续循环型低碳渔业[2，3]。
1 国内外鱼菜共生技术的研究现状
鱼菜共生技术是一个人工生态系统，由池塘养殖演变而成的。美国和加拿大在鱼菜共生技术的研究中居世界领先水平。1972年美国的马克拉尼和托德率先将这一传统的养殖方法移植于室内的瞬房，利用水体集热、蓄热和养鱼，再利用含有丰富营养的鱼类排泄物育肥暖房内的水栽蔬菜。1980年代末期，美属维尔京群岛大学（UVI）詹姆斯·瓦克斯（JamesRakocy）成功研发了鱼菜共生系统的UVI模式，该模式利用深水浮筏栽培（DeepWaterCulture）方法[4]，适于户外大规模生产。同一时期，北卡罗莱纳州立大学（NCSU）道格教授（SandersDoug）及其研究生马克·麦克莫提（Dr.MarkMcMurtry）也成功研究出NCSU模式，在温室内采用固体基质栽培（细砂）[5]，成为大多数家用养耕共生系统的原型。Endut等[6]以蕹菜、芥菜和非洲鲶鱼为材料进行鱼菜共养，发现蕹菜和芥菜比较，因为其特殊的根系结构（根部可以共生更多的微生物，有更多的吸收面积等），从而生产单位质量鱼肉可以生产更多的蔬菜产量，同时单位水体中可以生产更多的鱼肉。鱼菜共生体系中蕹菜可以明显减少养鱼废水中总氨（78.32%～85.48%）、亚硝酸盐（82.93%～92.22%）、硝酸盐（79.17%～87.10%）等形式的N含量和正磷酸盐含量（75.36%～84.94%），使水资源可以良好的重复利用。Graber等[7]通过鱼菜共生技术种植番茄、茄子、黄瓜，与传统水培技术比较也取得了不错的效果，但是鱼菜共生水体中因为磷、钾等含量较低，果实品质有所降低。一般，养殖鱼类的水体的pH呈弱碱性[8]，而蔬菜水培中以弱酸性较好，鱼菜共生体系水体中较高的pH可以减少Fe元素有用性和吸收[9-10]，Roosta等[11]对生长在鱼菜共生体系中的辣椒喷施铁盐后发现，辣椒的株高、茎粗、叶片数、果实数、果实重量、叶绿素以及叶片、茎、根干鲜重都明显增加，同时植株地上部和根中的K、P、Ca、Mg等元素也明显增多。日本东京海洋大学竹内俊朗教授开发了太空舱工业化零排放鱼藻共生系统，可改善舱内环境，吸收CO2及其它有害成分[12]。
1988年王子瑾等人[13]开始工业化（集约型）鱼菜共生系统的专题研究，设计了国内首套实验性鱼菜共生装置，试验获得成功。王雅敏[14]研究了鱼菜共生系统理论，从主要设施及其结构设计，生长环境及水质净化，以及经济效益分析等方面作了比较分析。丁永良等人[12]研究了鱼菜共生技术的水质和环境动态调控，探索了氨氮、营养盐类、pH值、溶氧、温度等因子对鱼菜不同生长阶段的影响，确立了不同密度鱼类与不同种类、不同生长阶段蔬菜之间的优化配比关系。结果表明，总水体为16m3，三个月平均产商品鱼21.78kg/m3，净产14.26kg/m3。蔬菜栽培品种为莴苣（生菜）、黄瓜、樱桃蕃茄和洋红蕃茄，其中樱桃蕃茄和莴苣三个月产量分别为21kg/6m2、19kg/6m2，按每年种植3茬计，樱桃蕃茄年产为6327kg/亩，莴苣年产6999kg/亩。鱼菜产品经卫生检验，达到无公害要求。在何明云[15]的实验中，以三个月为一期统计，每立方米水体生长商品鱼21.78公斤，净产14.26公斤，较之费吉岛大学农业试验站所进行的罗非鱼养殖，该系统每立方米所产商品鱼（鲤鲫鱼）要高出6.155公斤。
2 鱼菜共生技术的原理及主要类型
鱼菜共生技术是一个人工生态系统，包含了动物、植物、微生物。养殖鱼类产生的排泄物、剩余饲料、氨氮等经微生物分解，转化为无机物或小分子有机物，被植物根系吸收，植物得到生长的同时，水质也得到了净化。经净化后的水循环进入养鱼池重复利用。鱼池饲料的投喂保证了后续营养物质的来源，同时鱼池充氧可以防止植物根系因缺氧而腐烂。它把水产养殖、蔬菜种植和微生物分解发酵这三种完全不同的技术通过巧妙的生态设计，达到协同共生，让鱼、蔬菜和微生物之间达到一种和谐的生态平衡关系。
现在常用的鱼菜共生技术主要有以下3种模式。
（1）直接漂浮法：黄桃等[16]用泡沫板、竹架等浮体，直接把蔬菜苗固定在漂浮的定植板上进行水培；这种方式虽然简单，但利用率不高，而且一些杂食性的鱼会有吃食根系的问题存在，需对根系进行围筛网保护，较为繁琐，而且可栽培的面积小，效率不高，鱼的密度也不宜过大。
（2）硝化过滤法： Graber和Junge[7]采用养殖水体与种植系统之间通过硝化滤床连接的设计。养殖排放的废水先经由硝化滤床的过滤，硝化床上通常可以栽培一些生物量较大的瓜果植物，以加快有机滤物的分解硝化。经由硝化床过滤而相对清洁的水再循环入水培蔬菜或雾培蔬菜生产系统作为营养液，用水循环或喷雾的方式供给蔬菜根系吸收，经由蔬菜吸收后又再次返回养殖池，以形成闭路循环。这种模式可用于大规模生产，效率高，系统稳定。
（3）分离滴管法：养殖水体直接与基质培的灌溉系统连接，养殖区排放的废液直接以滴灌的方式循环至基质槽或者栽培容器，经由栽培基质过滤后，又把废水收集返回养殖水体，这种模式设计更为简单，用灌溉管直接连接种植槽或容器形成循环即可。大多用于瓜果等较为高大植物的基质栽培，需注意的地方是，栽培基质必须选质豌豆状大小的石砾或者陶粒，这些基质滤化效果好，不会出现过滤超载而影响水循环，不宜用普通无土栽培的珍珠岩、蛭石或废菌糠基质，这些基质因排水不好而容易导致系统的生态平衡破坏[17-18]。
3 鱼菜共生技术在水产养殖中的应用
1.鱼菜共生技术在池塘养殖中的应用
梁浩亮和姚振峰[19]在500米2池塘中，以奥尼罗非鱼为主，搭配鲢鳙鱼，同时种植空心菜、台湾枸杞、水芹、西洋菜等蔬菜。菜苗根以行距20厘米、窝距10厘米直接植入塑料瓶内，根系裸浸水中。经过205天的养殖，收获空心菜11茬，总量为2700千克，收获鱼1094.5千克，纯利润7276元。养殖过程中产生的多余的N、P，为水培蔬菜提供了生长的养分，同时也保障了养殖水质良好，实现了良性循环。翟旭亮等[20]选择3口面积大体相同、分布集中、进排水方便的池塘开展对比养殖试验。试验塘Ⅰ平均产量略高于试验塘Ⅱ，其单产分别为1.2千克/米2和1.1千克/米2，总平均单产约为1.15千克/米2。计算可得全年两个池塘共收获空心菜5704千克，平均产量为21949千克/公顷，按市场价1.5元/千克，可实现增收32924元/公顷。在重庆市的巴南、璧山等14个区县推广总面积达到552.9公顷，蔬菜平均种植面积为5%，平均每公顷产水产品达16180.5千克，每公顷产蔬菜达10722千克，每公顷收益达到182520元。蔬菜返塘作为蔬菜收益，蔬菜每公顷纯增收达到10920元，每公顷纯利润达到37815元，较常規养殖方式利润增加23.9%。鱼菜共生包括浮架制作等固定投资成本3817.5元/公顷和2055元/公顷的人工投入成本，扣除20%的固定资产折旧费，翌年可实现16029元/公顷的纯增收。2011年鱼菜共生实际实施总面积552.9公顷，总增收在600万元以上，经济效益十分显著。蒋明健等[21]池塘鱼菜共生项目在重庆市的大足、九龙坡、壁山、巴南、南川、涪陵等32个区县大面积推广，总实施面积为68万亩，完成亩均产水产品1315.9Kg/亩，产量8.9万吨，占2014年池塘养殖产量的24.6%，亩产蔬菜831.8Kg/亩，产量5.7万吨，亩均收入17019.5元，较项目实施前增加了42.6%，实现收入11.6亿元，亩利润为4675.7元/亩，是项目实施前亩平利润的132.7%。全年节约水电投入58.3%，药物投入65%、人工费用投入16.8%，间接增加渔民收入558.6元/亩·年。田丽粉等[22]利用水面面积为6亩的池塘养殖奥尼罗非鱼、鲢鱼、鳙鱼和鲫鱼，蔬菜主要种植空心菜和台湾构祀。结果表明，养殖鱼类收入为68135元、空心菜收入为11634元，生产成本（鱼苗、饲料、肥料及渔药、塘租、电费、人工及设备折旧等）49902元，总利润29867元、亩均利润为4978元。张海生，董海林[23]利用白龙山水库放养以草鱼为主，套养鲢鱼和鳙鱼。蔬菜种植面积2hm2，占整个水面10%。蔬菜以空心菜为主，尝试栽植生菜，其中空心菜占总面积95%。蔬菜区比无蔬菜区氨氮降低较明显为40%，总氮（TN）降低18%，总磷（TP）降低30%。养殖鱼类产量由粗放型养殖的16500kg/hm2增加到19500kg/hm2。每平方米生态浮床每年可以生产绿色蔬菜20～30kg，可以产生经济效益30～50元/m2。养殖鱼类可增加产量3000kg/hm2，提高经济效益22500元/hm2。
2.鱼菜共生技术在都市农业中的应用
20世纪粮食、能源危机的爆发，使都市农业成为城市可持续发展运动中理想的食品生产模式和生态城市发展示范途径之一。城市与农业的关系越来越紧密，大量城市农场在城市生活区中诞生。然而城市中的农业种植必须面对空间、效能和环境问题，需要依靠现代技术支持才能实现，鱼菜共生系统便在此背景下产生[24]。都市农夫集装箱是由瑞士应用科学大学（ZHAW）名下的都市农夫（UrbanFanners）公司所研发的概念产品。整个装置结构由两部分组成，分别为一层放置了养鱼池的6.096米敞顶集装箱盒子和二层垂直种植温室，总高5m，重约3.5吨，是一个小规模，便于移动、拆卸的社区家庭型鱼菜共生装置。人们在一层养鱼，也可以通过爬梯进入二层屋面料理温室庭院。在瑞士经过实践，整个装置在夏季3个月时间中，能产出60Kg鱼和200Kg的蔬菜[25]。目前，在一些城市已有不少的实践者，阳台蔬菜就是城市家庭种菜的实践产物[26-28]，一些城市居民食用的蔬菜有20%～30%靠家庭阳台自给[29]。城市家庭为了生活环境的美观与惬意，不少家庭都在客厅养殖观赏鱼类，因为鱼缸中的食物残渣、鱼类排泄物等存在，要不断的对鱼缸换水，家庭种植蔬菜如果能和养鱼有机的结合在一起，将是一个非常节约资源、低碳环保、赏娱自乐的生活方式[30]。
蔡氏设计工作室（TsaiDesignStudio）规划设计的莫约新餐馆与非洲集贸市场（Moyo’sNewRestaurantandAfricanFoodMarket）坐落于南非开普敦著名景点维多利亚与阿尔弗雷德滨水区（V&AWaterfront）[31]，是都市农业在城市休闲区内商业化、景观化的典型项目，完全采用新能源作为鱼菜共生系统的动力。整个项目包含一个二层餐厅和户外市集，餐厅销售有机非洲特色菜式，而户外市集则由20余个小型摊档、休闲廊和城市农场组成。设计团队希望在这热闹的旅游目的地，向人们展示一条完整的、可循环的餐厅食物链——从食物的产出、商品化、烹调、享用，到厨余向有机肥料的转化，借此推广都市农业和可持续发展技术。
AECOM/BIG合作团队运用了鱼菜共生系统在美国芝加哥海军码头营造标志性都市景观[32]。将芝加哥的水晶公园打造成一个超级都市农场，既保留了现有的餐饮、观光功能，又植入了食材生产、生态教育和科技体验的现代理念。垂直鱼菜共生系统成为这个概念的重要技术支撑：养殖池上垂直种植了当季蔬果，为餐饮持续提供新鲜食材，高大的垂直绿化管道延续了现状棕榈树构成的景观特征，庞大的种植结构更利于在管道内包裹着水质过滤基质，协助微生物分解和让植物得到更多阳光照射。而水晶花园的巨型玻璃穹顶结构，则是一个现成的温室，为蔬菜种植提供了稳定的微气候条件。人们可以通过穿梭的悬空栈道逐步走到屋顶，参观都市农场，并以一览无遗的芝加哥天际线作为体验的高潮。以引入垂直鱼菜共生系统为技术手段，结合景观设计手法，水晶花园的立体空间功能结构突破了现状只在地面或屋面观光、餐饮的限制，实现了多个功能在立体空间上的交织，大大增加了空间的利用率和产出。这一理念不仅演绎了水晶花园“种植、烹调、饮食”的绿色生活主题，还体现了未来都市空间美观、立体和多功能集约的发展趋向。
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作者簡介
肖明松（1973-），男，安徽定远人，副教授，博士，主要从事渔业生态和生理研究。
