鱼菜共生综合生产系统的研究进展.pdf

安徽农学通报 AnhuiAgri Sci Bull 2018 24 20 鱼菜共生综合生产系统的研究进展 宋红桥 管崇武 中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所 农业部渔业装备与工程技术重点实验室 上海 200092 摘 要 鱼 菜 共 生 系 统 是 一 种 新 型 的 循 环 水 养 殖 新 模 式 在 生 态 环 境 方 面 具 有 显 著 的 效 益 通 过 菜 鱼 之 间 的 生 物 作 用 和 相 互 利 用 关 系 提 高 养 殖 水 体 中 营 养 物 质 的 利 用 减 少 和 降 低 水 体 中 有 害 物 质 的 产 生 和 累 积 从 而 提 高 鱼 跟 菜 的 总 产 量 降 低 了 养 殖 废 水 的 排 放 让 鱼 菜 两 者 之 间 达 到 协 同 共 生 的 一 种 生 态 平 衡 关 系 属 可持续循环型低碳渔业 是一种新型复合养殖技术模式 关键词 鱼菜共生 循环水养殖 水处理 营养盐 中图分类号 F323 文献标识码 A 文章编号 1007 7731 2018 20 0063 3 ResearchProgressofFishVegetableSymbiosisIntegratedProductionSystemMode SongHongqiaoetal KeyLaboratoryofFisheryEquipmentandEngineering MinistryofAgriculture FisheryMachineryandInstrument ResearchInstitute ChinaeseAcademyofFisherySciences Shanghai200092 China Abstract Fish vegetablesymbiosissystemisanewtypeofrecirculatingaquaculturemodel whichhasremarkable benefitsinecologicalenvironment Throughthebiologicalinteractionandmutualutilizationbetweenvegetableand fish theutilizationofnutrientsinaquaculturewatercanbeimproved andtheproductionandaccumulationofharm fulsubstancesinwatercanbereducedandreduced Thetotaloutputofhighfishandvegetablesreducesthedis chargeofaquaculturewastewater Itisakindofecologicalbalancerelationshipbetweenfishandvegetabletoachieve synergisticsymbiosis Thissystembelongstothesustainablecyclelowcarbonfisheryandisanewtypeofcompound breedingtechnologymodel Keywords Fishandvegetablesymbiosis Recirculatingaquaculture Watertreatment Nutrients 在中国 水产养殖业是农业中的一个重要产业 养殖 鱼产量居世界第1位 并且一直保持着高增长的趋势 水 产养殖行业本是一种高物质 高蛋白含量的饲料 投入 高污染源产生的产业 为了追求水产养殖行业中高额的 经济收益和产量 通过不间断地增加和提高投入量 高蛋 白水产饲料 然而饲料中所含的N等营养元素中的一部 分会被鱼消化吸收利用转化成鱼肉及鱼体的各个组成部 分等 剩余的N等营养元素由鱼的排泄物排出鱼体后流入 养殖水体中 经长期过程 会造成养殖水体的富营养化 污染 在循环水养殖系统的水体中 营养物质主要来源于饲 料的投喂 经鱼消化系统吸收转化产生的粪便和残饵产生 的物质腐化 部分营养盐经生物滤器和水体中的硝化菌吸 收和转化利用 循环水养殖系统长时间的运行 水体中的 营养物质不断的积累 造成水体富营养化 需进行更换部 分水体 从而保证水质以及调节营养盐 水耕栽培技术是一项人为创造根际环境的可控型农 业耕作技术 植物根系生长在富含营养盐的水体中 可避 免在土壤栽培过程中的很多不利的因素 植物生长所需 的水 营养物质及光照等 完全在人工条件下控制供给 从而为提高产品品质提供了保障 1 种植和栽培的蔬菜 主要是通过根系吸收水体中的营养物质等 将水体中的 氮 磷等过营养物质吸收转化 并净化水质从而获得绿色 蔬菜 1 鱼菜共生的概念 鱼菜共生是水耕栽培与循环水养殖技术相结合的种 养型的新模式 是一种涉及鱼类养殖学 植物种植学以及 机电设备类等相结合的生态型农业技术 主要是以生态 农业工程为理论基础 具有较高科技含量和较强的自我 调节功能 是生态型 集约化的综合性生产模式 是今后 农业发展的必由之路 2 根据鱼类跟植物两者之间的营 养所需的元素要求 两者所处相同环境的特点 将水产养 殖和植物种植这2种不同的农业科学技术 通过科学的精 准设计与计算 搭配并能达到两者之间协同共生 互惠 互利和互助 从最根本上实现养鱼系统不需换水 免除了 在养殖过程中由于水质问题造成的影响 种菜不需施肥 基金项目 中国水产科学研究院基本科研业务费专项 植物净化在循环水养殖系统的应用技术研究 2017YJS009 作者简介 宋红桥 1982 男 上海人 工程师 研究方向 水产养殖工程 收稿日期 2018 09 26 63 安徽农学通报 AnhuiAgri Sci Bull 2018 24 20 料 也能保证蔬菜正常生长 让鱼跟菜两者之间能达到一 种平衡 互利 共生的关系 是一种新型复合型养殖技术 模式 也是可持续循环型低碳渔业发展的研究方向 鱼菜共生技术是在人工控制条件下 将养殖水体中 的鱼类的排泄物 分泌物 饵料饲料残渣等废弃物转化为 植物能吸收利用的营养盐类等 蔬菜在生长过程中 通过 对水体中吸收营养盐类而净化水质 改良鱼类生长环 境 3 受到养殖污染的水体里的氨氮和营养物质由微生 物细菌分解成亚硝酸盐和硝酸盐 然后被植物根系作为 营养吸收转化利用 达到鱼跟菜两者之间的共盈效果 提 高鱼与菜两者的产量和经济效益 环境生态意义 2 国内外研究进展 在国内 1988年相关科研人员就已经对集约化的鱼 菜共生系统的开展了相关的专题研究 设计和制作出了 国内首套实验性鱼 菜共生养殖系统装置 进行了相关的 试验并获得了成功 随后又进行了关于鱼 菜方面的庭园 型设施设备研究 1991年 鱼 菜共生系统的中试研究项 目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 4 近几年来 人工湿地在净化处理养殖废水 以及在回 收利用方面取得了一定的效果 5 7 丁永良等 8 进行了 鱼 菜共生系统的相关中试研究 在实验过程中取得了净 产鲤鲫14 26kg m 3 和莴苣3 3kg m 2 张明华等 9 的研究表 明 蔬菜栽培对养殖系统中水质具有净化作用 且随循环 次数的累计和增加 达到整个系统的净水效果 整个实验 过程中的植物 苗种期表现为吸收能力较差 随着植物生 长 蔬菜吸收和净水能力逐渐增强 系统水体中氨氮明显 下降 在植物生顶峰长期 去除氨氮能力最强 水中氨氮 浓度降至最低点 植物转入生殖期后 吸收氨氮能力明显 下降 系统水体中氨氮含量开始上升 丁小涛等 10 研究 表明 在鱼菜共生系统中栽种蕹菜 在系统中减少和降低 养鱼废水中总氨 78 32 85 48 亚硝酸盐82 93 92 22 硝酸盐 79 19 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 宋红桥等 11 在水培植物净化对循环水养殖系统 实验的结论中表明 在循环率为20次 d的罗非鱼循环水 养殖系统中 栽培区域进出水口对氨氮吸收去除率平均 为8 3 亚硝酸盐氮吸收去除率平均值为16 3 硝酸盐 氮吸收去除率平均值为16 2 COD的去除率平均值为 10 4 整套试验系统水力负荷为10m 3 m 2 d 对总氮的 平均去除负荷为9 5g m 2 d 王兴等 12 研究鱼腥草生态 浮床 实验结果表明 水环境的改善使鱼 菜精养模式下 的吉富罗非鱼表现出较高的消化能力 5个月鱼的特定生 长率 肥满度都高于其他对比试验组 国内有较多单位 利用该模式进行养殖生产 如浙江丽水农科所 广州市水 产研究所 江苏省淮安市水产研究所 上海渔业机械仪器 研究所等都均取得了不错经济收益和生态效益 美国 埃及 丹麦 日本等一些国家 近期来都在向生 态型的鱼莱共生系统的模式发展和转变 鱼池上层进行 无土栽培 种植蔬莱 中药 花卉等植物 经研究表明 鱼 体分泌的枯液具有抑制菜虫害发生的作用 而植物根亲 分泌出的有机酸 能有效地抑制鱼病的发生 鱼的排泄物 提供了植物的营养 植物的根系吸收水中的营养盐间接 地净化了系统中的水质 美国的典型组合是温室鱼池 配备了2hm 2 温室菜床 用养罗非鱼的水 作为营养源 种植 生菜 经降解净化后的水循环进行养鱼 年产鱼100kg m 2 生菜200t以上 加勒比海地区弗吉岛大学的鱼菜共生系 统 1个单元 12 8m 3 养鱼池 2 13 8m 2 2 1m 3 蔬菜培育槽 6个月生产罗非鱼400kg 生菜密度23 9株 m 2 3周收1茬 13 3 鱼菜共生技术的主要类型 3 1 直接漂 浮法 是最为常见的一种 优点是结构简单 操作方便 利用塑料浮性泡沫板等材料 将水培蔬菜苗放 在浮板上面直接进行栽培 缺点是需要对植物的根系采 取保护 防止养殖鱼将植物根系破坏 该种方式利用和转 化率并不高 3 2 分 离 滴 灌 法 这种模式更为简单 养殖水直接利用 滴灌的形式循环到栽培容器 水再经过栽培基质等材料 的过滤处理 又流到养殖区 这种栽培的方式对栽培基质 要求比较严格 一般使用豌豆大小的石砾或者陶粒 砂石 等材料 这一类基质都较适用于瓜果类蔬菜的栽培种养 3 3 硝化过 滤法 硝化过滤法是利用养殖水体与种植系 统中的循环水处理单元 将养殖水利用系统的循环净化 系统 由水处理生化反应器 曝气装置 硝化滤床过滤 经 处理单元对水体中的有机物的分解 经过硝化过滤的水 由水泵循环到水培蔬菜的栽培系统中作为植物能利用吸 收的营养源 蔬菜利用根系吸收水体中的营养源和营养 盐 蔬菜根系利用过后的水又重新返回养殖池 形成一整 套的水循环 该种模式相对利用效率较高 鱼菜共生系 统之间的稳定性更强 适合用于大规模的鱼菜共生系统 4 结语 在水产养殖过程中 饲料的高投入是作为唯一营养 物质和营养源 即鱼类生长所需的营养源和饵料 也是蔬 菜所能直接或间接吸收利用的营养源 鱼菜共生的水体 只是作为两者之间的载体或介质 鱼类的生长和密度增 长是作为第1产出 植物生长和增长作为第2产出 两者均 为绿色食物 鱼菜共生系统符合和满足在生态环境中所 进行物质循环 互惠互利 相互转化 与工业化养鱼系统 比较 体现了在生产过程中不仅具有系统的水质净化 也 同时具备系统自身增值的优势 鱼菜共生系统是可进行 立体化种养 具有节水省地 低投入高产出 优化生态环 64 24卷20期 境效益 适用性广的特点 鱼菜共生系统设施通过创新改造和生态化综合种养 技术的摸索 初步奠定了鱼与菜之间协作和互利关系 确 定了不同的2个生产对象之间所存在的生态联系 形成一 种鱼菜共生互惠互利的特定生态结构和良性循环机理 作为一种多学科 跨专业的新技术 成为未来农业发展的 有效途径和方式 14 鱼菜共生系统今后研究方向主要在以下几个方面 1 研究与鱼 菜之间相结合的水处理方法和技术手段 保证水产养殖水体与水培植物之间的正常运行和生长相 关的技术 2 建立鱼 菜综合生产模式 包含系统内的水 质指标及其参数等之间的相互影响 深入了解参数之间 的联系和影响 掌握参数因子之间的转化关系 以及参数 之前的关联性 3 研究集成鱼 菜系统 针对鱼菜共生系 统的工程特性 开发相关的智能管控装备和装置 增强系 统的可操作及可调控性 让系统使用更加稳定 可靠 参考文献 1 李式军 高祖明 译 现代无土栽培技术 M 北京 北京农业大学 出版社 1988 2 Tilley D R Badrinarayanan H Rosati R et al Constructed wet lands as recirculation filters in large scale shrimp aquaculture J AquaculturalEnginering 2002 26 81 109 3 梁新民 鱼菜共生技术的原理 方法和生态意义 J 科学种养 2018 03 60 62 4 丁永良 张明华 张建华 等 鱼菜共生系统的研究 J 中国水产 科学 1997 4 5 70 75 5 David R T Harish B Ronald R et al Constructed wetland as re circulation filters in large scale shqrimp aquaculture J Aqua culturalEngineering 2002 26 2 81 109 6 Lin Y F Jing S R Lee D Y ET al Nutreent removal from aqua clutre wasterwater using a constructed wetland system J Aquac 2002 209 2 169 184 7 Schulz C Gelbrecht J Rennert B Treatment of rainbow trout farm effluents in constructed wetland with emergent palnts and subsurfacehorizontalwaterflow J Aquac 2003 21 207 221 8 丁永良 张明华 张建华 等 鱼菜共生系统的研究 J 中国水产 科学 1997 4 5 70 75 9 张明华 丁永良 杨菁 等 鱼菜共生技术及系统工程研究 J 现 代渔业信息 2004 04 7 12 10 丁小涛 张兆辉 姜玉萍 等 鱼菜共生技术在城市家庭中的应 用前景 J 上海农业学报 2015 31 06 150 153 11 宋红桥 管崇武 李月 等 水培植物对循环水养鱼系统的水质 净化研究 J 渔业现代化 2013 40 04 18 22 12 王兴 李文笙 孙彩云 鱼菜共生养殖模式对吉富罗非鱼生长和 消化酶活性的影响 J 广东农业科学 2017 44 01 135 142 13 丁永良 兰泽桥 张明华 工业化封闭式循环水养鱼污水资源化 生态循环经济的典范 鱼菜共生系统 J 中国渔业经济 2010 1 124 130 14 李大海 循环水渔业新模式 养种结合好典范 N 中国渔业报 2008 10 27 责编 张宏民 上接36页 2 4 5 稳 定 性 试 验 取对照品溶液 甲萘醌 10 g mL 按2 2色谱条件进行测定 室温下 在不同时间 0 2 4 6 8 10 12h 分别进行测定 测得甲萘醌峰面积 平均值为1420088 RSD为0 7 表明供试品溶液在室温 下放置12h稳定 2 4 6 1 亚 硫 酸 氢 钠 甲 萘 醌 粉 水 产 用 样 品 的 含 量 测 定 分别取同一厂家不同批号的样品 采用2 2色谱条件 进行测定含量及含量均匀度 结果均符合规定 样品含 量测定结果如表2 表2 样品的测定结果 n 3 样品来源 湖北武当动物药业 有限公司 湖北农科生物化学 有限公司 湖南五指峰生化有 限公司 批号 140301 20150101 20150601 亚硫酸氢钠甲萘醌 以标示量计 含量平均值 反相高效液相色 谱法 105 3 94 8 97 8 紫外分光 光度法 107 0 95 8 95 7 3 讨论与 结论 1 检测波长的确定 取上述用亚硫酸氢钠甲萘醌原 料制成的对照溶液 甲萘醌对照品制成的对照溶液和供 试品溶液各20 L 注入高效液相色谱仪 以DAD检测器在 200 400nm波长处记录色谱图 作峰纯度检査 其色谱图 中的主峰为一纯物质峰 峰纯度检査的高效液相光谱图 谱显示 亚硫酸氢钠甲蔡醌在230nm的波长处有最大吸 收 故选择230nm为检测波长 检测灵敏度较高 3 2 由于亚硫酸氢钠甲萘醌粉 水产用 为规格小于 2 的粉剂 按目前标准规定的方法测定含量均匀度存在 诸多影响结果准确的因素 本文采用反相高效液相色谱 法测定含量均匀度 具有简便 快速 重现性好的特点 极 大地提高了工作效率 并节约了人力物力 能准确反映 1 规格亚硫酸氢钠甲萘醌粉 水产用 的含量及含量均 匀度 可用于该制剂含量及含量均匀度测定的质量控制 参考文献 1 中国兽药典委员会 兽药质量标准 2017年版 化学药品卷 S 2 中国兽药典委员会 中华人民共和国兽药典二 一五年版一部 S 3 张伟 程辉跃 金竹 等 HPLC法测定亚硫酸氢钠甲萘醌片的含 量 J 药物分析杂志 2005 25 12 1567 1569 责编 张宏民 宋红桥等 鱼菜共生综合生产系统的研究进展 65