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摘 要 鱼菜共生是利用养鱼所产生的粪便及残饵等经过处理转化成可供蔬菜吸收的营养，到达养鱼不换水、种菜不施肥的目的。结合城市居民家庭景观式鱼菜共生系统的初步设计，主要从水产品养殖池、自动反冲洗过滤杀菌装置、硝化菌培养床、蔬菜种植槽及动力及杀菌系统等方面介绍了系统各模块的设计要点。
关键词 鱼菜共生;家庭景观式;系统设计;水耕栽培;水产养殖
中图分类号：S24 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.19.025
鱼菜共生是由水耕栽培和水产养殖组成的复合生态系统，结合了水产品养殖与蔬菜种植2种不同的农业工程技术。联合国粮食及农业组织（FAO）对水产养殖的定义为养殖水生有机物，包括鱼类、软体动物、甲壳类和水生植物等的养殖;对水耕栽培的定义为，在无土基质中生产植物，植物通过水输送获得生长所需的所有营养物质[1]。基于此，FAO对鱼菜共生的定义为：循环水养殖和水耕栽培在一个生产系统中的集成[2]。鱼菜共生的原理是将水产养殖排放水经微生物硝化作用后转化为植物所需的营养物质，植物对营养物质的吸收又可为水产养殖净化水体，达到种菜不施肥、养鱼不换水的目的。
在当今对生态健康的农产品追捧的大背景下，鱼菜共生有很大的现实意义。1）解决养鱼水体面源污染的问题。由于自然水体的水源来自于土壤表面径流，大量的农业用地由于过度使用的肥料、农药、除草剂，自然水体中上述物质会长期富集，水产品作为水体生态链的高端，富集农药、除草剂等最多。鱼菜共生系统，利用的是无污染的地下水或自来水养殖，水体循环利用，在整个系统中不打农药、除草剂。系统输入端仅是通过国家行业标准认证的安全鱼饲料，因此水产品的食品安全可以有保障。2）废物利用，变废为宝，发展可持续的低碳生态农业。将鱼粪及水溶的氨氮通过生物作用转化为硝酸盐，为无土栽培蔬菜提供营养。由于整个系统采用无土栽培，无杂草，病菌少，不使用除草剂，因此蔬菜的食品安全有保证。鱼粪和残饵转化为蔬菜的肥料后，水体得到进化，并且不会将污染物排放到到自然。是真正的零排放，可持续的农业模式。3）为城市家庭绿化空间提供新模式。对于城市人来说，蔬菜要从农村运输到农贸市场，分送到各大超市，消费者再买回家去，整个过程下来，蔬菜早已经不再新鲜。家庭式鱼菜共生系统让食材触手可及，现摘现捕现吃，自给自足。由于鱼和菜的共生关系，整个过程不能施用农药和化肥，绝对无公害。同时，鱼菜共生系统是家庭中一个靓丽的景观，让长期生活在都市中的人可以享受种菜种花养鱼的田园式生活。
总之，在有空间条件的家庭引入鱼菜共生系统，既可以获得新鲜绿色的蔬菜，鲜活的鱼类等水产品，也可以因地制宜绿化美化家园。本文在重庆市大学生创新训练项目课题支持下，对家庭景观式鱼菜共生的装置系统进行了初步设计，现将主要设计技术要点阐述如下。
1 系统组成
家庭景观式鱼菜共生系统包括水产品养殖池、自动反冲洗过滤装置、硝化菌培养床、蔬菜种植槽、潜水泵及杀菌系统等五部分组成，系统模式结构如图1所示。
2 水产养殖池设计
庭院鱼池一般以养殖观赏鱼为主，但也可以喂养食用的品种（比如鲫鱼、草鱼、青波、鳊鱼）。若观赏鱼和食用鱼都有考虑喂养，最好将两者分开养殖，可以在养殖池中用厚塑料网分隔，水可自由流动，但鱼不会混在一起。这样，捕捞食用鱼的时候不会伤害观赏鱼。鱼池形状也会因为庭院或露台的地形和面积不同而差异很大，整体上需要将养殖池底部设计成漏斗状（如图1），便于鱼粪和残饵的收集。漏斗底部连接直径110 mm的PVC管，接到池外与杀菌池、潜水泵池连接。用塑料格栅将漏斗底部管口堵上，防止鱼被吸入管道。整个池体四周需要用红砖砌成24墙，底部如果较为松软，需要用钢筋混凝浇筑，防止下沉开裂，池底和池子四周都进行防水处理，防水材料选用无毒环保的聚合物水泥防水涂料。
3 杀菌及潜水泵池设计
杀菌及潜水泵池紧挨养殖池，大小以能放入潜水泵和杀菌灯为宜，池高度需要略高于养殖池水面，底部进水口与养殖池漏斗状底部用110 mm的PVC管连接，水泵启动后，靠潜水泵池水面与养殖池水面形成高差压力将养殖池中沉积在漏斗底部的鱼粪和残饵等吸出，达到分离杂质的目的。杀菌灯采用防水的紫外灯，功率可根据鱼池水体的大小选择10～40 W范围，安装浸没在该池水下。潜水泵功率需要根据养殖池蓄水的体积确定，原则上潜水泵1 h抽水量要更新1次所有水体。
4 自动反冲洗过滤装置设计
自动反冲洗过滤装置取代原有采用多层海绵及毛刷过滤方法，能够完全避免清洗海绵及毛刷的大量劳动力及清洗所需用水。微滤机的工作原理是：当含有微小悬浮物质的水进入滚筒内，微小悬浮物质被不锈钢筛网截留，经过滤后不含悬浮物的水进入蓄水池。当滚筒内悬浮物积聚到一定数量时，会引起滤网透水量下降，导致滚筒内水位上升，当水位上升到设定的高水位时;液位自动控制组件（鸭嘴浮球开关）工作，此时，反清洗水泵和滚筒减速机同时自动开启工作，反清洗水泵的高压水经微滤机的反清洗组件对旋转的滚筒筛网进行高压清洗，堵塞在滚筒滤网上的悬浮物在高压水的冲洗下，流入污物收集槽再经排污管排出。当筛网清洗干净后，滚筒滤网的透水量上升，滚筒内的水位下降，當水位降至设定的低水位时，反清洗水泵和滚筒减速机将自动停止工作，微滤机又进入新一轮工作循环。对排污管排出的污水，可以用容器收集起来，供庭院植物浇水，达到零排放。该装置需要放置在整个系统的最高位置，便于经过净化的水体自流进入硝化菌培养装置。
5 硝化菌培养装置设计
在闭合的没有流水的鱼池中，鱼饲养过程产生的氨氮是对鱼儿致命的物质。因此需要通过硝化菌将氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐，为下一步蔬菜栽培提供氮源。硝化菌培养可以采用塑料箱或水泥池，大小原则上不超过1 m3，由于硝化菌是好氧菌，箱体内用多孔的沉水陶粒或陶瓷环铺填，多孔的物质表面为硝化菌繁殖提供附着空间，并且从过滤装置留出的水不能长期浸泡硝化菌培养介质，需利用虹吸原理采用潮汐供水的方式（如图2），当从自动反冲洗过滤的出水端的水流入硝化菌培养装置时，水位逐渐上升，虹吸管外侧的水位逐渐从金钟罩的底部空隙进入也逐步上升，由于金钟罩上端是封闭的，水位上升将金钟罩内的空气从虹吸管排出，造成金钟罩内外形成空气压力差。当空气压力差达到足以形成虹吸现象时，硝化菌培养装置内的水会迅速从虹吸管被“吸”走，整个装置水位逐步下降，当水位下降到金钟罩的进水口时，空气被吸入，金钟罩内外空气压力差消失，虹吸现象停止工作。整个硝化菌培养装置的水位又会逐步上升，水位周而复始上升和下降。介质间歇式获得水分，间歇式有空气进入，从而让硝化菌长期稳定生存繁殖。硝化菌培养装置的设计高度略高于蔬菜种植池，通过该装置的水源自流进入蔬菜种植池。
6 蔬菜种植池设计
蔬菜种植池是净化水体的最后一个步骤。种植池可采用多孔陶粒栽培或浮板漂浮栽培。采用陶粒栽培方式，所选择的蔬菜品种更加多样化，更适合家庭对蔬菜品种的需求。采用浮板漂浮栽培，则更适合喜水的蔬菜种类，如生菜、芹菜、香葱、蕹菜等。无论陶粒栽培或漂浮培养栽培，池体均需要做防水处理，面积则根据所养殖水产品数量动态调整。若采用陶粒栽培，也需要设计安装潮汐装置（同培养硝化细菌的装置），让种植槽内的蔬菜根系间歇式获得水分和氧气。漂浮培养栽培方式支撑蔬菜的骨架采用高密度硬质泡沫板。在泡沫板开孔按照株行距10 cm×10 cm开孔，孔直径大小4 cm，用于放置定植杯。种植池的高度要略高于养殖池水体，经蔬菜根系吸收净化的水体可自流进入养殖池。
7 系统日常管理
将整个系统设施设备组装连接好后，即可开始水产养殖及蔬菜种植。水产养殖品种可选择观赏的锦鲤及可食用的鲫鱼、草鱼、青波等。每天定时向养殖池中投放鱼饲料，作为整个系统中的唯一肥源。养殖水产品数量和投放饲料的多少要更根据蔬菜种植的面积和长势确定。当蔬菜表现缺肥的症状时，可以增加鱼饲料的用量或增加鱼的数量。在硝化池中，初期可以加入少量商品硝化菌，以便硝化菌快速繁殖并稳定消解氨氮。潜水泵工作的频率可以通过微电脑开关设定间歇式工作，便于节省电费。原则上保证水体无明显的鱼粪或残饵的悬浊物。平时还要每月用pH试纸检测水体的酸碱度，保持水体弱碱或微酸的环境。蔬菜要根据家庭的喜好需要选择繁殖品种，也可以培育一些喜水花卉品种，直接放置在陶粒中或用定植杯漂浮于浮板定植孔中。蔬菜要轮流分批次采收，避免蔬菜根系短时间大量减少造成水体中营养富集。
参考文献：
[1] 徐琰斐，张宇雷，顾川川，等.鱼菜共生发展历史、典型模式与发展趋势[J].渔业现代化，2020，47（5）：1-7.
[2] 周宇翔，隋晓莹.关于鱼菜共生景观系统的设计研究[J].智能环保，2020，6（16）：112-113.
（责任编辑：敬廷桃）
关键词 鱼菜共生;家庭景观式;系统设计;水耕栽培;水产养殖
中图分类号：S24 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.19.025
鱼菜共生是由水耕栽培和水产养殖组成的复合生态系统，结合了水产品养殖与蔬菜种植2种不同的农业工程技术。联合国粮食及农业组织（FAO）对水产养殖的定义为养殖水生有机物，包括鱼类、软体动物、甲壳类和水生植物等的养殖;对水耕栽培的定义为，在无土基质中生产植物，植物通过水输送获得生长所需的所有营养物质[1]。基于此，FAO对鱼菜共生的定义为：循环水养殖和水耕栽培在一个生产系统中的集成[2]。鱼菜共生的原理是将水产养殖排放水经微生物硝化作用后转化为植物所需的营养物质，植物对营养物质的吸收又可为水产养殖净化水体，达到种菜不施肥、养鱼不换水的目的。
在当今对生态健康的农产品追捧的大背景下，鱼菜共生有很大的现实意义。1）解决养鱼水体面源污染的问题。由于自然水体的水源来自于土壤表面径流，大量的农业用地由于过度使用的肥料、农药、除草剂，自然水体中上述物质会长期富集，水产品作为水体生态链的高端，富集农药、除草剂等最多。鱼菜共生系统，利用的是无污染的地下水或自来水养殖，水体循环利用，在整个系统中不打农药、除草剂。系统输入端仅是通过国家行业标准认证的安全鱼饲料，因此水产品的食品安全可以有保障。2）废物利用，变废为宝，发展可持续的低碳生态农业。将鱼粪及水溶的氨氮通过生物作用转化为硝酸盐，为无土栽培蔬菜提供营养。由于整个系统采用无土栽培，无杂草，病菌少，不使用除草剂，因此蔬菜的食品安全有保证。鱼粪和残饵转化为蔬菜的肥料后，水体得到进化，并且不会将污染物排放到到自然。是真正的零排放，可持续的农业模式。3）为城市家庭绿化空间提供新模式。对于城市人来说，蔬菜要从农村运输到农贸市场，分送到各大超市，消费者再买回家去，整个过程下来，蔬菜早已经不再新鲜。家庭式鱼菜共生系统让食材触手可及，现摘现捕现吃，自给自足。由于鱼和菜的共生关系，整个过程不能施用农药和化肥，绝对无公害。同时，鱼菜共生系统是家庭中一个靓丽的景观，让长期生活在都市中的人可以享受种菜种花养鱼的田园式生活。
总之，在有空间条件的家庭引入鱼菜共生系统，既可以获得新鲜绿色的蔬菜，鲜活的鱼类等水产品，也可以因地制宜绿化美化家园。本文在重庆市大学生创新训练项目课题支持下，对家庭景观式鱼菜共生的装置系统进行了初步设计，现将主要设计技术要点阐述如下。
1 系统组成
家庭景观式鱼菜共生系统包括水产品养殖池、自动反冲洗过滤装置、硝化菌培养床、蔬菜种植槽、潜水泵及杀菌系统等五部分组成，系统模式结构如图1所示。
2 水产养殖池设计
庭院鱼池一般以养殖观赏鱼为主，但也可以喂养食用的品种（比如鲫鱼、草鱼、青波、鳊鱼）。若观赏鱼和食用鱼都有考虑喂养，最好将两者分开养殖，可以在养殖池中用厚塑料网分隔，水可自由流动，但鱼不会混在一起。这样，捕捞食用鱼的时候不会伤害观赏鱼。鱼池形状也会因为庭院或露台的地形和面积不同而差异很大，整体上需要将养殖池底部设计成漏斗状（如图1），便于鱼粪和残饵的收集。漏斗底部连接直径110 mm的PVC管，接到池外与杀菌池、潜水泵池连接。用塑料格栅将漏斗底部管口堵上，防止鱼被吸入管道。整个池体四周需要用红砖砌成24墙，底部如果较为松软，需要用钢筋混凝浇筑，防止下沉开裂，池底和池子四周都进行防水处理，防水材料选用无毒环保的聚合物水泥防水涂料。
3 杀菌及潜水泵池设计
杀菌及潜水泵池紧挨养殖池，大小以能放入潜水泵和杀菌灯为宜，池高度需要略高于养殖池水面，底部进水口与养殖池漏斗状底部用110 mm的PVC管连接，水泵启动后，靠潜水泵池水面与养殖池水面形成高差压力将养殖池中沉积在漏斗底部的鱼粪和残饵等吸出，达到分离杂质的目的。杀菌灯采用防水的紫外灯，功率可根据鱼池水体的大小选择10～40 W范围，安装浸没在该池水下。潜水泵功率需要根据养殖池蓄水的体积确定，原则上潜水泵1 h抽水量要更新1次所有水体。
4 自动反冲洗过滤装置设计
自动反冲洗过滤装置取代原有采用多层海绵及毛刷过滤方法，能够完全避免清洗海绵及毛刷的大量劳动力及清洗所需用水。微滤机的工作原理是：当含有微小悬浮物质的水进入滚筒内，微小悬浮物质被不锈钢筛网截留，经过滤后不含悬浮物的水进入蓄水池。当滚筒内悬浮物积聚到一定数量时，会引起滤网透水量下降，导致滚筒内水位上升，当水位上升到设定的高水位时;液位自动控制组件（鸭嘴浮球开关）工作，此时，反清洗水泵和滚筒减速机同时自动开启工作，反清洗水泵的高压水经微滤机的反清洗组件对旋转的滚筒筛网进行高压清洗，堵塞在滚筒滤网上的悬浮物在高压水的冲洗下，流入污物收集槽再经排污管排出。当筛网清洗干净后，滚筒滤网的透水量上升，滚筒内的水位下降，當水位降至设定的低水位时，反清洗水泵和滚筒减速机将自动停止工作，微滤机又进入新一轮工作循环。对排污管排出的污水，可以用容器收集起来，供庭院植物浇水，达到零排放。该装置需要放置在整个系统的最高位置，便于经过净化的水体自流进入硝化菌培养装置。
5 硝化菌培养装置设计
在闭合的没有流水的鱼池中，鱼饲养过程产生的氨氮是对鱼儿致命的物质。因此需要通过硝化菌将氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐，为下一步蔬菜栽培提供氮源。硝化菌培养可以采用塑料箱或水泥池，大小原则上不超过1 m3，由于硝化菌是好氧菌，箱体内用多孔的沉水陶粒或陶瓷环铺填，多孔的物质表面为硝化菌繁殖提供附着空间，并且从过滤装置留出的水不能长期浸泡硝化菌培养介质，需利用虹吸原理采用潮汐供水的方式（如图2），当从自动反冲洗过滤的出水端的水流入硝化菌培养装置时，水位逐渐上升，虹吸管外侧的水位逐渐从金钟罩的底部空隙进入也逐步上升，由于金钟罩上端是封闭的，水位上升将金钟罩内的空气从虹吸管排出，造成金钟罩内外形成空气压力差。当空气压力差达到足以形成虹吸现象时，硝化菌培养装置内的水会迅速从虹吸管被“吸”走，整个装置水位逐步下降，当水位下降到金钟罩的进水口时，空气被吸入，金钟罩内外空气压力差消失，虹吸现象停止工作。整个硝化菌培养装置的水位又会逐步上升，水位周而复始上升和下降。介质间歇式获得水分，间歇式有空气进入，从而让硝化菌长期稳定生存繁殖。硝化菌培养装置的设计高度略高于蔬菜种植池，通过该装置的水源自流进入蔬菜种植池。
6 蔬菜种植池设计
蔬菜种植池是净化水体的最后一个步骤。种植池可采用多孔陶粒栽培或浮板漂浮栽培。采用陶粒栽培方式，所选择的蔬菜品种更加多样化，更适合家庭对蔬菜品种的需求。采用浮板漂浮栽培，则更适合喜水的蔬菜种类，如生菜、芹菜、香葱、蕹菜等。无论陶粒栽培或漂浮培养栽培，池体均需要做防水处理，面积则根据所养殖水产品数量动态调整。若采用陶粒栽培，也需要设计安装潮汐装置（同培养硝化细菌的装置），让种植槽内的蔬菜根系间歇式获得水分和氧气。漂浮培养栽培方式支撑蔬菜的骨架采用高密度硬质泡沫板。在泡沫板开孔按照株行距10 cm×10 cm开孔，孔直径大小4 cm，用于放置定植杯。种植池的高度要略高于养殖池水体，经蔬菜根系吸收净化的水体可自流进入养殖池。
7 系统日常管理
将整个系统设施设备组装连接好后，即可开始水产养殖及蔬菜种植。水产养殖品种可选择观赏的锦鲤及可食用的鲫鱼、草鱼、青波等。每天定时向养殖池中投放鱼饲料，作为整个系统中的唯一肥源。养殖水产品数量和投放饲料的多少要更根据蔬菜种植的面积和长势确定。当蔬菜表现缺肥的症状时，可以增加鱼饲料的用量或增加鱼的数量。在硝化池中，初期可以加入少量商品硝化菌，以便硝化菌快速繁殖并稳定消解氨氮。潜水泵工作的频率可以通过微电脑开关设定间歇式工作，便于节省电费。原则上保证水体无明显的鱼粪或残饵的悬浊物。平时还要每月用pH试纸检测水体的酸碱度，保持水体弱碱或微酸的环境。蔬菜要根据家庭的喜好需要选择繁殖品种，也可以培育一些喜水花卉品种，直接放置在陶粒中或用定植杯漂浮于浮板定植孔中。蔬菜要轮流分批次采收，避免蔬菜根系短时间大量减少造成水体中营养富集。
参考文献：
[1] 徐琰斐，张宇雷，顾川川，等.鱼菜共生发展历史、典型模式与发展趋势[J].渔业现代化，2020，47（5）：1-7.
[2] 周宇翔，隋晓莹.关于鱼菜共生景观系统的设计研究[J].智能环保，2020，6（16）：112-113.
（责任编辑：敬廷桃）