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(海南熱帶海洋學(xué)院，海南 三亞 572022)

0 引 言

由于土地資源的相對匱乏和農(nóng)業(yè)面源污染的日趨加劇，中國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正面臨數(shù)量與質(zhì)量的雙重挑戰(zhàn)。比如，當前我國的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)主要采用高密度、高投餌率和高換水率的傳統(tǒng)方法[1]，在養(yǎng)殖水體中隨著餌料、糞便等物質(zhì)的積累，大量營養(yǎng)元素隨養(yǎng)殖廢水排放到周圍環(huán)境，既造成資源的浪費，又引起周圍水體的富營養(yǎng)化[2-3]?！棒~-菜共生”這種綜合效益較高的有機生產(chǎn)模式，使水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)與種植業(yè)在有效利用土地資源和降低農(nóng)業(yè)污染物排放量的目標下得到了有機的統(tǒng)一[4]。該生產(chǎn)模式集養(yǎng)殖和種植于一體，充分利用各種生物的生活習(xí)性，不僅增強了水體凈化能力，降低了養(yǎng)殖廢水的污染度，同時也增加了額外的經(jīng)濟收益[5-6]。其基本原理是植物在含有營養(yǎng)物質(zhì)的水體中生長，營養(yǎng)物質(zhì)來自于魚的直接排泄物或微生物分解的排泄廢物。在更少日需換水量(小于2%)的封閉循環(huán)系統(tǒng)中，溶解的營養(yǎng)物質(zhì)得到積累同時其濃度接近水培營養(yǎng)液，尤其是水中營養(yǎng)元素的含量會處于一個適宜的濃度水平[7-8]。

在魚-菜共生系統(tǒng)中，隨著魚/菜的增加，餌料投放和魚類的排泄物隨之增長，水體中N、P等營養(yǎng)物質(zhì)的累積速率加快，換水的數(shù)量和頻率也需相應(yīng)增加；相反，隨著魚/菜的降低，蔬菜作物對營養(yǎng)的需求逐漸加強，魚類代謝所產(chǎn)生的營養(yǎng)元素將無法滿足作物的需求，最終導(dǎo)致蔬菜生長減緩、產(chǎn)量降低。因此，適宜的魚/菜對魚-菜共生系統(tǒng)的長期、穩(wěn)定運行至關(guān)重要。但迄今為止，有關(guān)魚/菜對魚-菜共生系統(tǒng)水體營養(yǎng)物質(zhì)含量影響的探索非常有限。本研究在自行設(shè)計的實驗室規(guī)模魚-菜共生裝置上，通過設(shè)定不同的魚/菜，探討了水體無機態(tài)N、P含量的變化特征，以期為構(gòu)建適宜魚-菜共生體系持續(xù)、健康運行的魚/菜提供必要的數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 實驗裝置

本研究所采用的實驗裝置如圖1所示。裝置主要由養(yǎng)殖系統(tǒng)和水培系統(tǒng)兩部分組成，水體在兩個系統(tǒng)之間循環(huán)運轉(zhuǎn)，上水動力由置于養(yǎng)殖箱中的潛水泵提供，下水由置于種植箱中的虹吸裝置完成。

圖1 魚-菜共生系統(tǒng)實驗裝置Fig.1 Experimental setup of aquaponics

種植箱(0.56 m×0.45 m)置于距地面1.2 m的位置，其底部填入直徑6～10 mm的陶礫作為基質(zhì)層，填充高度為18±0.5 cm。陶粒堅硬、質(zhì)輕、孔隙結(jié)構(gòu)豐富、保水保肥能力強，粒間有充足的空氣，有利于硝化細菌的附著，是無土栽培的良好基質(zhì)[9]。養(yǎng)殖箱置于種植箱下距地面0.2 m的位置，其容納有效水體的體積為90 L。虹吸裝置的作用是在不需提供能量的前提下形成潮汐式灌溉，使植物根系周期性淹沒于水中(吸收養(yǎng)分)或暴露于空氣中(獲得氧氣)[10]。

1.2 實驗設(shè)計、運行與管理

實驗在海南熱帶海洋學(xué)院濱海耕地地力保育重點實驗室開展，實驗時間為2017年3月4日至4月5日，共33 d。實驗共設(shè)3個處理，分別為6尾(魚)∶10株(蔬菜)、8尾∶10株和10尾∶10株，每個處理設(shè)3次重復(fù)。

實驗選用的魚種為羅非魚，蔬菜為紅薯葉。羅非魚由海南省陵水縣某羅非魚養(yǎng)殖場提供，初重為15.0±0.95 g，養(yǎng)殖初期生長狀態(tài)良好。紅薯葉根系分泌的代謝產(chǎn)物對水體內(nèi)的細菌和霉菌具有較強的抑制作用，水培過程中不易患病，故選為本實驗水培作物[11]。在正式實驗開始時選取生長旺盛、根系發(fā)達的紅薯葉植株移栽到種植箱內(nèi)。

在本研究中，魚類全程采用人工喂食，魚餌料為市售蛋白質(zhì)含量32%、含水率10%的漂浮型魚糧。喂食量確定的方法為：投入魚糧15 min后，根據(jù)所剩魚糧顆粒數(shù)調(diào)整下次喂食量，直至所剩魚糧顆粒數(shù)占投入顆粒的10%以下。為防止殘余魚糧降解污染水質(zhì)，每次攝食結(jié)束后將未被食用的魚糧及時撈出。整個實驗過程中魚類健康狀況良好，養(yǎng)殖水體未添加激素和其他外源營養(yǎng)物質(zhì)。水培系統(tǒng)中的紅薯葉保持自然光照下生長，實驗過程中未出現(xiàn)病蟲害等意外情況。除因蒸發(fā)、葉面蒸騰所導(dǎo)致的養(yǎng)殖箱內(nèi)水位下降需要進行補水(每次取樣前)外，整個實驗過程不進行任何換水和充氧措施。

1.3 樣品收集與指標測定

1.4 數(shù)據(jù)分析

本研究所涉及不同處理的實驗結(jié)果以各平行樣本的均值表示。實驗數(shù)據(jù)采用Excel 2016、SPSS 19.0等統(tǒng)計分析軟件進行。

2 結(jié)果與討論

2.1 魚-菜共生系統(tǒng)水體pH和DO的變化

整個實驗過程中，各處理水體pH和DO之間均未表現(xiàn)出顯著差異(P>0.05)。隨著養(yǎng)殖時間的延長，前期(0～21 d)pH呈緩慢升高趨勢，后期(21～33 d)則逐漸降低，但總體穩(wěn)定在7.0～8.0的弱堿性范圍。實驗過程中，各處理DO的維持在5.5～8.5 mg·L-1范圍內(nèi)，雖變幅較大，但不會對魚類的生長和生理機能產(chǎn)生影響。

2.2 魚-菜共生系統(tǒng)水體無機N含量的變化

圖2 魚-菜共生系統(tǒng)水體無機N含量及隨養(yǎng)殖時間的變化Fig.2 The dynamics of inorganic nitrogen contents and N-N/N-N with cultural time in symbiotic water of aquaponics

2.3 魚-菜共生系統(tǒng)水體含量的變化

圖3 魚-菜共生系統(tǒng)水體無機P含量隨養(yǎng)殖時間的變化Fig.3 The dynamics of P-P content with cultural time in symbiotic water of aquaponics

3 結(jié) 論

(1)本實驗自行設(shè)計的實驗室規(guī)模魚-菜共生系統(tǒng)適合N、P等營養(yǎng)元素在魚類和蔬菜間循環(huán)利用，陶粒作為水培基質(zhì)具有較強的適宜性，虹吸裝置提供的潮汐式灌溉方式有利于作物生長及保持較高的水體DO；養(yǎng)殖過程水體pH保持弱堿性，有利于魚類的生存且對蔬菜生長無害。

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