摘要： 【目的】魚菜共生技術(shù)結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖和作物栽培優(yōu)勢(shì)，具有氮素轉(zhuǎn)化利用率高、節(jié)水減排的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益雙贏；但魚菜共生生產(chǎn)過程涉及的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境指標(biāo)多，當(dāng)前缺乏對(duì)該生產(chǎn)模式進(jìn)行綜合效益評(píng)價(jià)的研究。本研究對(duì)魚菜共生系統(tǒng)的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行量化分析并進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)價(jià)與比較，以期為魚菜共生技術(shù)的定性定量分析和研究提供新思路?！痉椒ā炕谀暇┦薪瓕巺^(qū)魚菜共生農(nóng)場(chǎng)的實(shí)際建造和運(yùn)營數(shù)據(jù)，以環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算單一水產(chǎn)養(yǎng)殖氮排放量以及采用魚菜共生技術(shù)時(shí)相關(guān)氮損失和氮轉(zhuǎn)化量，并通過實(shí)測(cè)法定性、定量計(jì)算魚菜共生系統(tǒng)氮轉(zhuǎn)化和排放量，基于農(nóng)場(chǎng)問卷和調(diào)研結(jié)果計(jì)算魚菜共生系統(tǒng)的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。【結(jié)果】采用魚菜共生技術(shù)后，全氮排放量比單一水產(chǎn)養(yǎng)殖模式減少99.45%，總氨氮排放量減少99.73%；N2O 排放和微生物固定轉(zhuǎn)化造成較多的氮損失，N2O 排放量和微生物同化的氮損失量分別是水中全氮排放量的4.58 和48.60 倍；硝化細(xì)菌對(duì)NO2??N 的降解增強(qiáng)，水質(zhì)更利于魚類生存。魚菜共生農(nóng)場(chǎng)啟動(dòng)的第1 年，建設(shè)成本占比55.21%，超過其余各項(xiàng)支出的總和。飼料成本是魚菜共生農(nóng)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)的主要成本來源，占比達(dá)73.96%。水產(chǎn)養(yǎng)殖收入在總收入中占比89.74%，是種植收入和服務(wù)收入總和的8.75 倍。【結(jié)論】本研究建立了科學(xué)的魚菜共生綜合效益評(píng)價(jià)體系，對(duì)魚菜共生技術(shù)的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)有一定的指導(dǎo)意義，可為魚菜共生技術(shù)的研究和應(yīng)用提供多維度參考。

關(guān)鍵詞： 魚菜共生；水產(chǎn)養(yǎng)殖；環(huán)境效益；經(jīng)濟(jì)效益；氮排放

中圖分類號(hào)： S964；X822 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1001-411X（2024）06-0966-09

2019 年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部等十部委聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于加快推進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)綠色發(fā)展的若干條意見》指出，我國農(nóng)業(yè)資源高度消耗的經(jīng)營方式尚未改變。飼料作為主要氮源，占淡水養(yǎng)殖成本的5 0 % ～70%[1]，只有25%（w） 的氮源被轉(zhuǎn)化為魚體蛋白質(zhì)[2]，其余以氮化物的形式排放到環(huán)境中，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。國內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)水污染物中，氮化物對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)水產(chǎn)品質(zhì)量的影響最為顯著[3]。魚菜共生技術(shù)結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖與作物栽培的優(yōu)勢(shì)，將氮素進(jìn)行多層次的轉(zhuǎn)化利用，降低資源浪費(fèi)的同時(shí)減少養(yǎng)殖污水排放[4]，可產(chǎn)出多種農(nóng)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益雙贏。

近年來，南京市江寧區(qū)大力支持和發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，區(qū)域內(nèi)設(shè)施農(nóng)業(yè)面積占全區(qū)耕地總面積的22.6%[5]，但該區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)種養(yǎng)殖模式落后，水產(chǎn)飼料浪費(fèi)嚴(yán)重，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量低，水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水排放多，環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益受到影響。當(dāng)今關(guān)于魚菜共生技術(shù)的研究多集中于魚菜共生的種養(yǎng)殖技術(shù)[6]、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用[7]、硝化過程[8-9] 和工程創(chuàng)新[10-11]等方面，關(guān)于效益的分析局限于效益可行性總結(jié)和宏觀分析[12-13]，缺乏對(duì)魚菜共生系統(tǒng)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益的量化分析，也未有成體系的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)與比較方法，不利于魚菜共生技術(shù)的定性定量分析和研究推廣。

綜合效益分析主要包括經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益（又稱生態(tài)效益） 和社會(huì)效益，本文基于南京市江寧區(qū)某魚菜共生農(nóng)場(chǎng)的實(shí)際建造和運(yùn)營數(shù)據(jù)，以環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益為2 個(gè)主要評(píng)價(jià)方向，在環(huán)境效益中選擇全氮、總氨氮、亞硝酸鹽氮含量等7 個(gè)指標(biāo)，在經(jīng)濟(jì)效益中選擇建設(shè)成本、飼料成本、魚苗成本等12 個(gè)成本指標(biāo)以及養(yǎng)殖收入、種植收入和服務(wù)收入3 個(gè)收入指標(biāo)進(jìn)行分析。本研究比較經(jīng)驗(yàn)公式法和實(shí)測(cè)法定性定量計(jì)算氮轉(zhuǎn)化和排放量，分析魚菜共生系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法，旨在建立科學(xué)的魚菜共生綜合效益評(píng)價(jià)體系，指導(dǎo)魚菜共生技術(shù)的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)，為魚菜共生技術(shù)的研究和應(yīng)用提供多維度參考。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)位于南京市江寧區(qū)陸郎鎮(zhèn)牌坊社區(qū)龍坊路8 號(hào)（31°47′43.3″N，118°40′18.4″E），大棚總面積4 000 m2。如圖1 所示，單個(gè)解耦型種養(yǎng)單元的面積為143 m2，主要由養(yǎng)殖池、栽植池、過濾池和沉淀池組成，1 個(gè)養(yǎng)殖池（面積31.17 m2、體積56.11 m3）配套4 個(gè)栽植池（單個(gè)面積6.05 m2、體積3.33 m3）。其中各種養(yǎng)單元間留有寬2 m 的運(yùn)輸通道，栽植池間留有寬0.5 m 的采摘通道，過濾池內(nèi)建設(shè)有3 個(gè)順次連通的隔間，可實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)殖尾水的多道過濾和降解（首道濾池隔間作為緩沖隔間，不掛載濾材，用于大顆粒雜質(zhì)的沉降；次道濾池隔間掛載黑色十字毛絲過濾刷；末道濾池隔間掛載中空石英培菌柱）。養(yǎng)殖池和栽植池均采用部分埋地式，可實(shí)現(xiàn)種養(yǎng)殖環(huán)境溫度的相對(duì)穩(wěn)定；養(yǎng)殖池埋地深度為0.5 m，栽植池埋地深度為0.2 m。養(yǎng)殖初期投養(yǎng)羅非魚Oreochromis mossambicus，魚苗規(guī)格為600 尾/kg，每個(gè)養(yǎng)殖池總投養(yǎng)魚苗約5 000 尾。栽植池中種植有圣女果Lycopersicon esculentum var. cerasiforme、番茄 Solanum lycopersicum L.等應(yīng)季蔬菜。養(yǎng)殖池投飼由專人負(fù)責(zé)，根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和養(yǎng)殖經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)。

養(yǎng)殖過程采用人工定時(shí)、定點(diǎn)投飼，24 h 內(nèi)投飼3 次（06：00、11：00、17：30），魚飼類型為海水魚膨化配方飼料，由江蘇長壽集團(tuán)南山飼料（錦農(nóng)） 有限公司提供。初始魚苗養(yǎng)殖密度約100 尾/m3，收獲時(shí)養(yǎng)殖密度約94 尾/m3，養(yǎng)殖期間平均投喂率約2%（w）。養(yǎng)殖池、過濾池和栽植池間通過自吸泵不間斷供水，沉淀池向養(yǎng)殖池間歇性回水（回水周期14～15 min，回水時(shí)長9.5～10.5 min，停止回水時(shí)長5.5 min）。栽植池中的蔬菜20 d 收獲1 次，每次收獲產(chǎn)量為4 kg/m2。

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定水樣的全氮（Total nitrogen，TN）、總氨氮（Total ammonia nitrogen，TAN）、亞硝酸鹽氮（NO2??N）、硝酸鹽氮（NO3??N） 含量4 個(gè)參數(shù)，分別參照《水質(zhì) 總氮的測(cè)定 堿性過硫酸鉀氧化紫外分光光度法》（HJ 636—2012）[14]、《水質(zhì) 氨氮的測(cè)定 納氏試劑分光光度法》（HJ 535—2009）[15]、《水質(zhì) 亞硝酸鹽氮的測(cè)定 分光光度法》（GB/T 7493—1987）[16]、《水質(zhì) 硝酸鹽氮的測(cè)定 紫外分光光度法（試行）》（HJ/T 346—2007）[17] 測(cè)定。飼料、魚體和植株中的全氮含量由凱氏定氮儀（BUCHI KjelFlex K-360，BUCHI Labortechnik AG，CH） 測(cè)定，配套自動(dòng)電位滴定儀（877 Titrino plus）。在種養(yǎng)單元中設(shè)置4 處取樣位置，分別位于栽植池、沉淀池、過濾池和養(yǎng)殖池，根據(jù)各部分水質(zhì)參數(shù)質(zhì)量濃度和體積計(jì)算系統(tǒng)水質(zhì)參數(shù)的平均值。

2 綜合效益評(píng)價(jià)方法

2.1 環(huán)境效益

為量化魚菜共生系統(tǒng)相比單一水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)減少氮排放的突出作用，有必要對(duì)單一水產(chǎn)養(yǎng)殖和魚菜共生系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境效益分析，本研究采用經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算單一水產(chǎn)養(yǎng)殖氮排放量以及采用魚菜共生技術(shù)時(shí)相關(guān)氮損失和氮轉(zhuǎn)化量，用實(shí)測(cè)法計(jì)算魚菜共生系統(tǒng)氮轉(zhuǎn)化和排放量。

2.1.1 經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算生產(chǎn)單位質(zhì)量（1 000 kg） 水產(chǎn)品的氮排放量

有研究[18] 表明，飼料轉(zhuǎn)化比（Feedconversion ratio，F(xiàn)CR） 和養(yǎng)殖尾水中氮、磷等廢棄物含量存在線性關(guān)系，本研究FCR 計(jì)算公式如下：

FCR =Wfeed/ΔWfish=nfeedwfeed/Wfish -wfish， （1）

式中，Wfeed 為單個(gè)養(yǎng)殖池1 個(gè)生產(chǎn)批次的飼料投喂量，kg；ΔWfeed 為單個(gè)養(yǎng)殖池1 個(gè)生產(chǎn)批次魚總產(chǎn)量的增量，kg；nfeed 為投飼天數(shù)，d；wfeed 為單個(gè)養(yǎng)殖池日投喂量，kg；Wfish 為單個(gè)養(yǎng)殖池生產(chǎn)的成魚質(zhì)量，kg；wfish 為單個(gè)養(yǎng)殖池投養(yǎng)的魚苗質(zhì)量，kg。

1） 不采用魚菜共生技術(shù)時(shí)，在單一水產(chǎn)養(yǎng)殖條件下，Tacon 等[19] 和Martinez-Porchas 等[20] 研究得出F CR 與生產(chǎn)單位質(zhì)量水產(chǎn)品的全氮排放量（WTN） 存在如下關(guān)系，F(xiàn)CR=1.0 時(shí)，WTN=26 kg；FCR=2.5 時(shí)，WTN=117 kg。據(jù)此建立FCR 與WTN的線性表達(dá)式如下：

WTN = 60.7FCR-34.7。（2）

2） 不采用魚菜共生技術(shù)時(shí)，在單一水產(chǎn)養(yǎng)殖條件下，生產(chǎn)單位質(zhì)量水產(chǎn)品的總氨氮的近似排放量（WTAN） 可用如下公式[21] 計(jì)算：

WTAN = wfeednfeedPproteinPp-T， （3）

式中，Pprotein 為飼料中蛋白質(zhì)的含量，%；Pp-T 為每單位質(zhì)量蛋白質(zhì)輸入魚排泄總氨氮的系數(shù)。

3） 采用魚菜共生技術(shù)時(shí)，水產(chǎn)品轉(zhuǎn)化飼料中20%～30%（w） 的氮，飼料中10%～37% 的氮釋放到水中被植物吸收，43%～65% 通過氣體（N2O、N2 等） 揮發(fā)等途徑損失，在魚菜共生系統(tǒng)中反硝化細(xì)菌數(shù)量少、NO2?和O2 抑制[22-23]、有機(jī)碳缺乏和pH 低[24-25]等因素都會(huì)導(dǎo)致N2O 的產(chǎn)生。每生產(chǎn)單位質(zhì)量水產(chǎn)品N2O 的排放量（wN2O） 可用如下公式計(jì)算：

wN2O = wfeednf eedPTNPN2O， （4）

式中，PTN 為飼料中全氮含量，%，不同配方飼料的全氮含量不盡相同，本文采用凱氏定氮法實(shí)測(cè)得到飼料中PTN 為6.21%；PN2O為魚菜共生系統(tǒng)中產(chǎn)生N2O 占氮投入的百分比，%，PN2O=1.5%～1.9%[22]，本研究取中值1.7%。

在魚菜共生系統(tǒng)中異養(yǎng)、好氧細(xì)菌與硝化細(xì)菌共存，異養(yǎng)細(xì)菌消耗魚類產(chǎn)生的NH4+，約70% 的能量用于細(xì)胞合成[21]，當(dāng)有機(jī)碳濃度或C∶N 增加時(shí)，異養(yǎng)細(xì)菌占主導(dǎo)地位，缺氧條件下過量的微生物以污泥的形式產(chǎn)生氮損失。有研究[26] 指出異養(yǎng)生物量約占水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)魚類飼料的7%，因此生產(chǎn)單位質(zhì)量水產(chǎn)品，異養(yǎng)細(xì)菌在同化過程中的氮損失量（wh-micro） 可用如下公式計(jì)算：

wh-micro = 0.16wfeednfeedPmicro， （5）

式中， P m i c r o 為異養(yǎng)生物量占魚類飼料的百分比，%，本研究取7%。

在魚菜共生系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，NH3 揮發(fā)造成的氮損失非常少，pH 高于8.0 時(shí)曝氣和混合才會(huì)增加NH3 揮發(fā)率，在中性pH 下NH3 濃度較低[27]；本研究的循環(huán)系統(tǒng)中，各處循環(huán)水的pH 均在7.0 以下，故NH3 揮發(fā)造成的氮損失可忽略不計(jì)。

4） 通過經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算魚菜共生系統(tǒng)每生產(chǎn)單位質(zhì)量水產(chǎn)品被蔬菜吸收轉(zhuǎn)化的氮排放量。假定在案例農(nóng)場(chǎng)中羅非魚平均投飼質(zhì)量為魚體質(zhì)量的1.25%，飼料蛋白中氮含量為16%，此時(shí)羅非魚估計(jì)生長量w f i s h （ t ） 曲線可表示為時(shí)間（ t ） 的函數(shù)（2×10?5）t3.042 1 ，單位面積蔬菜的生長量wvegetable（t） 可使用R i c h a r d 函數(shù)[ 2 8 ] 表示為時(shí)間（ t ） 的函數(shù)14.3（1+e5.04?0.074t）?1/0.893 。修正后的魚菜共生系統(tǒng)中蔬菜的氮吸收方程如下：

式中，Wna 為生產(chǎn)單位質(zhì)量水產(chǎn)品時(shí)蔬菜的氮吸收量， g ； w n a 為單位面積蔬菜的氮吸收量， g / m 2 ；wvegetable（t） 為單位面積蔬菜鮮質(zhì)量，kg/m2；nvegetable（t）為蔬菜鮮質(zhì)量中的氮含量， g / k g ； a 、g 、k 、h 、e為回歸常數(shù)，無量綱；其中，t 值由邊界條件公式∫t0（2×10-5）t3.042 1dt = 1×106 g求得，且t=0 時(shí)，wfish（0）=0，wna（0）=0。

2.1.2 實(shí)測(cè)法計(jì)算魚菜共生系統(tǒng)的氮排放量

本研究的案例農(nóng)場(chǎng)采用了魚菜共生技術(shù)，養(yǎng)殖過程中的氮素一部分被蔬菜吸收轉(zhuǎn)換，一部分被作物種植基質(zhì)固定，一部分溶解在養(yǎng)殖水體中（凈氮排放量），少部分以NO、N2、NH3、N2O 等氣體形式排放到大氣中，因此需分別對(duì)各部分氮素進(jìn)行計(jì)算。

1） 魚菜共生系統(tǒng)中每生產(chǎn)單位質(zhì)量水產(chǎn)品的凈氮排放量。在本案例農(nóng)場(chǎng)中，同批次魚養(yǎng)殖過程中不更換養(yǎng)殖水，最終向水體的氮素排出量為水產(chǎn)收獲時(shí)水體的氮素濃度，在魚池水平面下20 cm 處重復(fù)取樣3 次，測(cè)量取平均值。

生產(chǎn)單位質(zhì)量水產(chǎn)品的氮素（TAN、NO2??N、NO3??N 和TN） 排放量（w） 的計(jì)算公式為：

w = 10-3-ρV， （7）

式中，w 分別代表wTAN、wNO-2-N、wNO-3-N和wTN；-ρ為同批次水產(chǎn)收獲時(shí)水體中對(duì)應(yīng)氮素的平均質(zhì)量濃度，mg/L；V 為生產(chǎn)單位質(zhì)量水產(chǎn)品的水體總體積，m3，包括養(yǎng)殖池、栽植池、沉淀池、過濾池和循環(huán)管道中的水體積。

2） 魚菜共生系統(tǒng)每生產(chǎn)單位質(zhì)量水產(chǎn)品被蔬菜吸收轉(zhuǎn)化的氮排放量。不同蔬菜全氮含量略有差異，根據(jù)文獻(xiàn)資料和實(shí)驗(yàn)室自測(cè)數(shù)據(jù)，魚菜共生系統(tǒng)中常見種植蔬菜的全株氮素含量如表1 所示。

本案例農(nóng)場(chǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖總體積為1 683.3 m3，栽植區(qū)總面積為762.3 m2，1 年可收獲水產(chǎn)品2 批次（每批次收獲50 000 kg），在同一批次水產(chǎn)品的養(yǎng)殖過程中可收獲蔬菜9 次（共12 500 kg），即每生產(chǎn)1 000 kg 水產(chǎn)品可同時(shí)收獲蔬菜250 kg。

則魚菜共生系統(tǒng)中每生產(chǎn)單位質(zhì)量水產(chǎn)品被蔬菜吸收轉(zhuǎn)化的氮排放量（w′na） 可用下式計(jì)算：

w′na = -pw′planting， （8）

式中， 為各種蔬菜平均全株氮素含量，%；w′planting為每生產(chǎn)單位質(zhì)量水產(chǎn)品可生產(chǎn)蔬菜的質(zhì)量，kg。

2.2 經(jīng)濟(jì)效益

設(shè)施農(nóng)業(yè)比傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的投入成本高，在建設(shè)前期給農(nóng)戶造成較大的壓力。魚菜共生系統(tǒng)在設(shè)施農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)上還增加了栽植池、養(yǎng)殖池、循環(huán)管道和過濾池等設(shè)施的建設(shè)成本，因此有必要對(duì)該系統(tǒng)做經(jīng)濟(jì)效益分析。根據(jù)實(shí)地調(diào)研和訪談，本研究統(tǒng)計(jì)了建設(shè)成本（Cb u i l d ）、土地租金（Cr e n t ）、魚苗成本（Cfish）、菜苗成本（Cvegetable）、飼料成本（Cfeed）、人工成本（Clabor）、電力成本（Celectric）、菌劑及防蟲成本（Cmedicine）、廣告成本（Cpropaganda） 以及其他支出（Cother） 共10 部分支出，各項(xiàng)成本指標(biāo)計(jì)算公式如表2 所示，各項(xiàng)參數(shù)均以1 個(gè)自然年計(jì)。

本研究統(tǒng)計(jì)了養(yǎng)殖收入、種植收入和服務(wù)收入共3 部分收入。年總收入（I） 為：

I =Icultivation + Iplanting + Isurvice = wcultivationPcultivation=10 000+wplantingPplanting=10 000+ Ielse，（9）

式中，Icultivation 為年水產(chǎn)養(yǎng)殖總收入，萬元；Iplanting為年種植總收入，萬元；Isurvice 為服務(wù)收入，萬元；wcultivation 為水產(chǎn)養(yǎng)殖年產(chǎn)量，kg；Pcultivation 為水產(chǎn)養(yǎng)殖成魚商品市場(chǎng)售價(jià)，元/kg；wplanting 為作物栽培年產(chǎn)量，kg；Pplanting 為作物栽培蔬菜商品平均市場(chǎng)售價(jià)，元/kg。

年總效益（Iprofit）（除初始基礎(chǔ)建設(shè)成本外） 為：

Iprofit =I （Cfish +Cvegetable +Cfeed +Clabor +Celectric+Cmedicine +Crent +Cpropaganda +Cother）。（10）

3 結(jié)果與分析

3.1 環(huán)境效益分析

魚菜共生種養(yǎng)系統(tǒng)的重要特征之一是構(gòu)建了有效的氮素循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)中的氮素和其他營養(yǎng)物質(zhì)主要來源于飼料，魚類消化后的排泄物以及殘余飼料等含氮廢棄物被硝化細(xì)菌分解成NH4+ ?N、NO3? ?N 和NO2? ?N 等形態(tài)，其中的NH4+ ?N 和NO3??N 可直接被植物吸收轉(zhuǎn)化。但NH4+?N 和NO2??N 對(duì)魚類具有毒性，而且易導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化等問題[32]。因此對(duì)魚菜共生種養(yǎng)系統(tǒng)中氮素遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律進(jìn)行量化分析和深入研究，可以更好地評(píng)估系統(tǒng)的能量流動(dòng)，為魚菜共生系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。

氮轉(zhuǎn)化及排放量計(jì)算的參數(shù)取值及計(jì)算結(jié)果如表3 所示，生產(chǎn)單位質(zhì)量水產(chǎn)品時(shí)單一水產(chǎn)養(yǎng)殖的全氮排放量、總氨氮排放量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于采用魚菜共生系統(tǒng)的排放量。采用魚菜共生技術(shù)后，全氮排放量減少99.45%，總氨氮排放量減少99.73%；說明采用魚菜共生技術(shù)后，硝化細(xì)菌對(duì)NH4+?N 及NO2??N的有效降解和蔬菜對(duì)NH4+?N 及NO3??N 的吸收轉(zhuǎn)化有效減少了氮素的排放。如表3 所示，盡管魚菜共生系統(tǒng)中蔬菜對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)生的含氮污水進(jìn)行了轉(zhuǎn)化吸收，但氣體排放和微生物固定轉(zhuǎn)化仍然造成魚菜共生系統(tǒng)較多的氮損失，其中N2O 排放量（wN2O） 是溶解在水中全氮排放量（wTN）的4.58 倍，微生物同化的氮損失量（wh-micro） 是溶解在水中全氮排放量（wTN） 的48.60 倍。實(shí)測(cè)法測(cè)得總氨氮在全氮排放量中的占比最高， 4 5 . 3 9 % ， N O 2? ? N為7.09%，NO3??N 為26.18%；說明魚菜共生系統(tǒng)中硝化細(xì)菌對(duì)NO2??N 進(jìn)行了有效降解，處理后的水質(zhì)更利于魚類的生存。與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的結(jié)果相比，本案例農(nóng)場(chǎng)每生產(chǎn)單位質(zhì)量水產(chǎn)品被蔬菜吸收轉(zhuǎn)化的氮排放量提高了69.94%，說明經(jīng)驗(yàn)公式的相關(guān)參數(shù)和不同實(shí)地生產(chǎn)條件下的參數(shù)有所差異，經(jīng)驗(yàn)公式的普適性和準(zhǔn)確性還有待提高。

綜上所述，采用魚菜共生技術(shù)可以大幅減少氮素的排放，提高系統(tǒng)中氮素的利用效率。如何減少含氮?dú)怏w的排放、提高硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化效率并抑制異養(yǎng)、好氧細(xì)菌的生長繁殖是魚菜共生技術(shù)的重要研究方向。經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算氮轉(zhuǎn)化及排放量方便、簡單、快速，但受不同魚菜共生系統(tǒng)、種養(yǎng)魚類和蔬菜品種等因素的影響較大，計(jì)算出的結(jié)果存在較大誤差，計(jì)算模型和方法的通用性和準(zhǔn)確度還有待提高。實(shí)測(cè)法計(jì)算氮轉(zhuǎn)化及排放量準(zhǔn)確可靠，但操作繁瑣、儀器設(shè)備成本高、技術(shù)要求高、采集時(shí)間長。將實(shí)測(cè)法與經(jīng)驗(yàn)公式法結(jié)合，利用深度學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)等技術(shù)建立智能測(cè)算系統(tǒng)是提高氮轉(zhuǎn)化及排放量測(cè)算精度、降低成本的有效手段。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

基于農(nóng)場(chǎng)問卷和調(diào)研數(shù)據(jù)采集的各項(xiàng)收支指標(biāo)計(jì)算公式中的參數(shù)取值，計(jì)算收支指標(biāo)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制魚菜共生農(nóng)場(chǎng)各項(xiàng)細(xì)分效益占比餅狀圖，如圖2 所示。

圖2a 為本研究魚菜共生農(nóng)場(chǎng)啟動(dòng)第1 年各項(xiàng)成本占比的餅狀圖。建設(shè)成本占比超過其余各項(xiàng)支出的總和，說明設(shè)施農(nóng)業(yè)前期基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)支出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)支出，回報(bào)周期明顯長于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)?；A(chǔ)建設(shè)成本的組成也較為復(fù)雜，除溫室、種植池、養(yǎng)殖池和管道等主要組成單元外，安全保障設(shè)備、水動(dòng)力循環(huán)設(shè)備、過濾基材、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等配套設(shè)施的投入也占有較大比重。此外，作物栽培基質(zhì)的選擇也是影響建設(shè)成本和養(yǎng)殖尾水過濾效果的重要因素[33]。本試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)采用礫石和生物質(zhì)炭2 種栽培基質(zhì)，經(jīng)前期試驗(yàn)研究，生物質(zhì)炭作為栽培基質(zhì)對(duì)養(yǎng)殖尾水中氮素的固定和吸收效率較高，且作物對(duì)養(yǎng)殖尾水中氮素的吸收和轉(zhuǎn)化效率更高。生物質(zhì)炭基質(zhì)的成本是礫石的10 倍，采用礫石作為栽培基質(zhì)具有更高的經(jīng)濟(jì)性，但隨著環(huán)境保護(hù)政策的收緊和綠色農(nóng)業(yè)的要求，生物質(zhì)炭對(duì)養(yǎng)殖尾水中污染物的高吸附和去除效果帶來的生態(tài)效益使其在以后的應(yīng)用中更具有競(jìng)爭力。

去除建設(shè)成本后，魚菜共生農(nóng)場(chǎng)正常運(yùn)行時(shí)各項(xiàng)成本占比如圖2b 所示。各項(xiàng)成本占比從大到小排序?yàn)轱暳铣杀?gt; 魚苗成本 gt; 設(shè)備損耗 gt; 人工成本 gt; 電力成本 gt; 包裝成本 gt; 菜苗成本=工人餐費(fèi) gt;菌劑及防蟲成本 gt; 土地租金gt;廣告成本。飼料成本是魚菜共生農(nóng)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)的主要成本來源（73.96%）。設(shè)備損耗（6.16%） 和人工成本（5.92%） 相當(dāng)；熟練、具有專業(yè)技術(shù)的工人可以較好地維護(hù)各種設(shè)備，一定程度上降低設(shè)備的損耗，但人工成本會(huì)因此增加，故這2 項(xiàng)成本的關(guān)系為負(fù)相關(guān)，在一定程度上相互制約，并沒有明顯的降低空間。魚苗成本（ 6 . 6 3 % ） 大于電力成本（ 2 . 9 6 % ） 和包裝成本（2.47%）；魚苗成本和包裝成本隨市場(chǎng)需求和規(guī)律波動(dòng)，電力成本的降低可通過更合理的水循環(huán)間隔、更智能的能源管理方案實(shí)現(xiàn)，此外采用太陽能等環(huán)保能源也可有效降低電力成本。其余5 項(xiàng)成本來源（菜苗成本、工人餐費(fèi)、菌劑及防蟲成本、土地租金和廣告成本） 在總運(yùn)行成本中的占比均低于1%，廣告成本僅占0.02%，一般來說廣告投入和銷售收入成正比，因此可以加大對(duì)廣告成本的投入。

如圖2c 所示，在本案例農(nóng)場(chǎng)所有收入的占比中，水產(chǎn)養(yǎng)殖是主要的收益來源，在總收入中占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)（89.74%），種植收入和服務(wù)收入相當(dāng)，養(yǎng)殖收入是種植收入和服務(wù)收入總和的8.75 倍。本案例農(nóng)場(chǎng)養(yǎng)殖水產(chǎn)品的銷售渠道穩(wěn)定，還可以通過向酒店、商超定點(diǎn)簽約供貨的方式減少傳統(tǒng)分銷過程中的成本，從而進(jìn)一步提高養(yǎng)殖收入。農(nóng)場(chǎng)種植、養(yǎng)殖區(qū)面積比為1∶1，考慮到日益嚴(yán)格的養(yǎng)殖污水排放標(biāo)準(zhǔn)，增加作物種植面積和種植密度可以提高對(duì)養(yǎng)殖尾水的過濾和處理效果。增加作物種植面積會(huì)增加土地使用成本，但增加高價(jià)值作物的種植可以解決這種成本矛盾。另外，市場(chǎng)對(duì)魚菜共生技術(shù)生產(chǎn)的綠色無公害蔬菜的認(rèn)可度較低也是種植收入占比較低的原因。在本案例農(nóng)場(chǎng)中，服務(wù)收入包括魚菜共生農(nóng)場(chǎng)番茄、菠菜、黃瓜等作物的特色采摘，魚菜共生農(nóng)場(chǎng)技術(shù)方案服務(wù)和科研活動(dòng)服務(wù)費(fèi)等，也存在較大提升空間。

一項(xiàng)江蘇設(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè)成本的研究[5] 指出，玻璃溫室建設(shè)成本約640 元/m2，連棟塑料溫室建設(shè)成本約150 元/m2，“8332”鋼架大棚建設(shè)成本約30 元/m2；本試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)魚菜共生溫室為連棟塑料溫室，配套有魚菜共生系統(tǒng)，溫室建設(shè)成本約625 元/m2，略低于單位面積玻璃溫室建設(shè)成本，是單純連棟塑料溫室單位面積建設(shè)成本的4.17 倍。為考察本試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)能力優(yōu)勢(shì)，本研究對(duì)江蘇省農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)推廣站提供的另一種ECS（Efficiencycirculating system） 工廠化魚菜共生農(nóng)場(chǎng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，本試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)和ECS 工廠化農(nóng)場(chǎng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)比如表4 所示。ECS 工廠化魚菜共生農(nóng)場(chǎng)單位面積建設(shè)成本低于本案例農(nóng)場(chǎng)單位面積溫室建設(shè)成本，為本案例農(nóng)場(chǎng)的48%。本案例農(nóng)場(chǎng)的養(yǎng)殖密度為94 尾/m3，是ECS 工廠化農(nóng)場(chǎng)的1.34 倍，但種植密度較ECS 工廠化農(nóng)場(chǎng)低38.89%。本案例農(nóng)場(chǎng)的單位體積養(yǎng)殖年產(chǎn)量為ECS 工廠化農(nóng)場(chǎng)的4.16 倍，單位面積種植年產(chǎn)量是E C S 工廠化農(nóng)場(chǎng)的1.33 倍，說明本案例農(nóng)場(chǎng)的種養(yǎng)策略充分發(fā)揮了水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)潛力，作物生長狀況更好，對(duì)養(yǎng)殖尾水中營養(yǎng)物質(zhì)的吸收效率更高，有更低的含氮廢棄污水排放量。

4 結(jié)論

1） 本文通過經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算氮轉(zhuǎn)化和氮排放量，通過實(shí)測(cè)法定性、定量計(jì)算魚菜共生系統(tǒng)氮轉(zhuǎn)化和排放量，并基于農(nóng)場(chǎng)問卷和調(diào)研結(jié)果計(jì)算魚菜共生系統(tǒng)的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，對(duì)魚菜共生的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行綜合評(píng)判，解決了已有評(píng)價(jià)體系指標(biāo)過于單一、無法量化計(jì)算等問題。理論計(jì)算和試驗(yàn)測(cè)算結(jié)果有一定差異但具有合理性，對(duì)從業(yè)者的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)調(diào)整具有一定的參考價(jià)值。

2） 采用魚菜共生技術(shù)后，全氮排放量比單一水產(chǎn)養(yǎng)殖模式減少9 9 . 4 5 % ，總氨氮排放量減少99.73%，說明采用魚菜共生技術(shù)后硝化細(xì)菌對(duì)NH4+?N 及NO2??N 的有效降解和蔬菜對(duì)NH4+?N及NO3??N 的吸收轉(zhuǎn)化有效減少了氮素的排放。實(shí)測(cè)法測(cè)得NO2??N 在總氮排放量中的占比最低，為7.09%，說明魚菜共生系統(tǒng)中的硝化細(xì)菌對(duì)NO2??N進(jìn)行了有效降解，處理后的水質(zhì)更利于魚類的生存。

3） 飼料成本是魚菜共生農(nóng)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)的主要成本來源，占比達(dá)73.96%；廣告成本僅占0.02%，不利于提高市場(chǎng)和消費(fèi)者對(duì)魚菜共生技術(shù)生產(chǎn)的綠色無公害農(nóng)產(chǎn)品的認(rèn)可度，有較大提升空間。水產(chǎn)養(yǎng)殖收入在總收入中占比89.74%，是種植收入和服務(wù)收入總和的8.75 倍。

4） 魚菜共生生產(chǎn)過程涉及的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境指標(biāo)多，本研究初步建立了科學(xué)的魚菜共生綜合效益評(píng)價(jià)體系，對(duì)魚菜共生技術(shù)的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)有一定的指導(dǎo)意義，為魚菜共生技術(shù)的定性定量分析和研究提供新思路，也可為魚菜共生技術(shù)的研究和應(yīng)用提供多維度參考。

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【責(zé)任編輯 李慶玲】

基金項(xiàng)目：江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（現(xiàn)代農(nóng)業(yè)）（BE2021362）