中農(nóng)富通旗下北京中農(nóng)天陸微納米氣泡水科技有限公司，以循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論、可持續(xù)發(fā)展理論、環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)理論以及成本效益理論為理論基礎(chǔ)，研發(fā)建設(shè)了水產(chǎn)養(yǎng)殖方面的循環(huán)農(nóng)業(yè)新模式，以供建設(shè)循環(huán)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)園區(qū)參考。
循環(huán)農(nóng)業(yè)，是指在農(nóng)作系統(tǒng)中推進(jìn)各種農(nóng)業(yè)資源往復(fù)多層與高效流動(dòng)的活動(dòng)，以此實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排與增收的目的，促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和農(nóng)村的可持續(xù)發(fā)展。
通俗地講，循環(huán)農(nóng)業(yè)就是運(yùn)用物質(zhì)循環(huán)再生原理和物質(zhì)多層次利用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)較少廢棄物的生產(chǎn)和提高資源利用效率的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。循環(huán)農(nóng)業(yè)作為一種環(huán)境友好型農(nóng)作方式，具有較好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。只有不斷輸入技術(shù)、信息、資金，使之成為充滿活力的系統(tǒng)工程，才能更好地推進(jìn)農(nóng)村資源循環(huán)利用和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展！
我國(guó)是傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖大國(guó)，水產(chǎn)養(yǎng)殖歷時(shí)悠久，是世界上開展池塘養(yǎng)殖最早的國(guó)家。公元前460年的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，養(yǎng)魚學(xué)始祖范蠡著有《養(yǎng)魚經(jīng)》，這本養(yǎng)魚經(jīng)雖只有460多個(gè)字，但是它是我國(guó)也是世界上第一部養(yǎng)魚著作，主要介紹了鯉魚養(yǎng)殖的池塘條件，人工控制下的繁殖方法，養(yǎng)魚密度以及捕魚時(shí)間等生產(chǎn)技術(shù)環(huán)節(jié)。
近年來，我國(guó)的水產(chǎn)養(yǎng)殖雖達(dá)到了大力發(fā)展，隨之而來的是，養(yǎng)殖水環(huán)境遭到了破壞，水產(chǎn)品的品質(zhì)降低，養(yǎng)殖病害頻發(fā)，水產(chǎn)藥品過量投加，養(yǎng)殖成功率越來越低。
為了提高養(yǎng)殖技術(shù)，保護(hù)水生態(tài)環(huán)境，解決水產(chǎn)品安全的問題，提高養(yǎng)殖成功率，探索綠色可持續(xù)發(fā)展的水產(chǎn)養(yǎng)殖，我們?cè)诒本﹪?guó)際都市農(nóng)業(yè)科技園構(gòu)建了循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)和魚菜共生系統(tǒng)，以及水生植物觀賞凈化區(qū)。以下具體介紹一下建設(shè)和運(yùn)營(yíng)情況。
01 循環(huán)水養(yǎng)殖試驗(yàn)系統(tǒng)
01 循環(huán)水養(yǎng)殖試驗(yàn)系統(tǒng)
循環(huán)水養(yǎng)殖是一種新型綠色可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境友好型養(yǎng)殖模式，主要是利用各種水處理設(shè)備設(shè)施對(duì)養(yǎng)殖水體進(jìn)行凈化處理從而達(dá)到循環(huán)再利用的標(biāo)準(zhǔn)。
綜合了水產(chǎn)養(yǎng)殖學(xué)、環(huán)境工程學(xué)、化學(xué)、微生物學(xué)、電子自動(dòng)化等多種學(xué)科知識(shí)，通過物理沉淀過濾，紫外線消毒，CO2吹脫，生物凈化，控溫，增氧，pH調(diào)節(jié)等手段對(duì)養(yǎng)殖水體處理達(dá)標(biāo)后重新輸入養(yǎng)殖池進(jìn)行循環(huán)利用。
循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)是一個(gè)完整統(tǒng)一的系統(tǒng)，每個(gè)環(huán)節(jié)的銜接都很緊密，缺一不可，一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會(huì)加大下一環(huán)節(jié)的壓力，嚴(yán)重的話甚至使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，對(duì)養(yǎng)殖水產(chǎn)品帶來巨大的傷害，使養(yǎng)殖企業(yè)或廠家經(jīng)濟(jì)受損。
循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)主要用到的設(shè)備設(shè)施有：豎流分離器（或旋流分離器）、全自動(dòng)轉(zhuǎn)鼓型微濾機(jī)、紫外線滅菌儀、動(dòng)力系統(tǒng)（主要是水泵）、脫氣單元、生物處理單元（沸騰式生物浮床）、調(diào)節(jié)池（穩(wěn)定pH、控溫、增氧等）、增氧設(shè)備（溶氧錐、制氧機(jī)或液氧罐、動(dòng)力泵及配件）、備用電設(shè)備（發(fā)電機(jī)）以及管網(wǎng)配電控制系統(tǒng)。
生物處理是循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，肩負(fù)著凈化養(yǎng)殖水體氨氮亞硝酸鹽等對(duì)養(yǎng)殖水產(chǎn)品有毒害作用的物質(zhì)；當(dāng)然，其他環(huán)節(jié)也不可或缺，只要出現(xiàn)問題，就會(huì)影響到生物處理環(huán)節(jié)凈化水體的能力：
①過濾系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞，過濾效果減弱，顆粒物進(jìn)而產(chǎn)酸，pH下降，影響微生物的更新?lián)Q代，降低其硝化能力，最終導(dǎo)致處理不徹底，氨氮亞硝酸含量升高，影響魚類健康，飼料利用率降低。
②紫外線發(fā)射器表面臟污，發(fā)射器老化，導(dǎo)致紫外線滅菌儀效果減弱，則水體中雜菌增多，與生物浮床中的有益微生物爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和空間，因而導(dǎo)致有益微生物的水處理能力，影響?zhàn)B殖水產(chǎn)品的健康。
③溫度和pH的不穩(wěn)定，也同樣會(huì)影響到微生物的更新?lián)Q代，影響其處理效果。
循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)具有工藝流程成熟，水處理能力強(qiáng)，水質(zhì)穩(wěn)定，養(yǎng)殖環(huán)境可控，打破地域和資源的限制，無視天氣氣候的影響，高產(chǎn)高效，低風(fēng)險(xiǎn)等特點(diǎn)。
與傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖相比較，生產(chǎn)同樣質(zhì)量的水產(chǎn)品，大約可以節(jié)約用水量90%，大大提高了水體的利用率；土地大約可節(jié)約80%，土地的使用率高；減少水產(chǎn)藥品使用，節(jié)約藥品費(fèi)用65%；同時(shí)，在出魚捕魚的人工費(fèi)用上大約可節(jié)約50%。
循環(huán)水養(yǎng)殖最突出的特點(diǎn)就是水體的循環(huán)利用，這點(diǎn)可以從其字眼當(dāng)中就可以看出來。在養(yǎng)殖過程中，只需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行少量的水體補(bǔ)充，基本不用換水。而且基本不用排水，實(shí)現(xiàn)水體的“零排放”，屬于環(huán)境友好型的可持續(xù)發(fā)展的水產(chǎn)養(yǎng)殖模式。
有人肯定會(huì)問到，養(yǎng)殖過程中，養(yǎng)殖水產(chǎn)品的生長(zhǎng)肯定離不開外源性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的攝入，就會(huì)有水產(chǎn)品排泄的廢棄物，是如何實(shí)現(xiàn)的“零排放”？一般這些廢棄物的處理需要通過沉淀過濾后排出系統(tǒng)外集中收集起來，進(jìn)行發(fā)酵作為有機(jī)肥料輸入到植樹種植區(qū)，上清液重新輸入到水生植物凈化區(qū)循環(huán)利用，經(jīng)過水生植物的凈化處理重新輸入到循環(huán)水養(yǎng)殖池重復(fù)利用，實(shí)現(xiàn)“零排放”。
北京國(guó)際都市農(nóng)業(yè)科技園建設(shè)的循環(huán)水養(yǎng)殖試驗(yàn)系統(tǒng)雖然占地面積不大，但是“麻雀雖小，五臟俱全”，該有的設(shè)施設(shè)備亦應(yīng)俱全，功能也與大型的循環(huán)水養(yǎng)殖一樣。相比較大型的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)具有實(shí)用范圍廣，可操作性強(qiáng)，管理方便等優(yōu)勢(shì)。例如都市社區(qū)供應(yīng)活魚鮮魚、農(nóng)業(yè)場(chǎng)館的技術(shù)展示推廣、科研院校教學(xué)試驗(yàn)等等。建成后兩年試驗(yàn)周期內(nèi)，共計(jì)養(yǎng)殖銷售虹鱒魚和羅非魚商品魚各2批，最高養(yǎng)殖密度分別達(dá)到36千克/立方米和109千克/立方米，虹鱒魚和羅非魚商品魚規(guī)格分別為900-1000克和1000-1500克，成活率97%。利用該系統(tǒng)養(yǎng)殖的鱘魚，長(zhǎng)勢(shì)良好，無病害發(fā)生，系統(tǒng)運(yùn)行正常，水質(zhì)良好。
02 魚菜共生系統(tǒng)
魚菜共生作為新型的種養(yǎng)結(jié)合的生態(tài)模式，水產(chǎn)養(yǎng)殖生物、種植植蔬種植和微生物通過共生共棲的方式巧妙的整合在一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)當(dāng)中，從而達(dá)到養(yǎng)殖不換水，種菜不施肥。
魚菜共生種養(yǎng)技術(shù)主要是以水養(yǎng)魚、以菜凈水、以魚種菜的生態(tài)循環(huán)模式。而?；~塘和魚菜共生采用的是同樣的原理，我認(rèn)為“桑基魚塘”是魚菜共生的雛形。桑基魚塘系統(tǒng)是我國(guó)獨(dú)具特色的具有良性生態(tài)循環(huán)的古代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。浙江湖州?；~塘系統(tǒng)起源于春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，其通過“塘基種桑、桑葉喂蠶、蠶沙養(yǎng)魚、魚糞肥塘、塘泥壅桑”的生態(tài)模式，在有效克服水澇、收到理想經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)減少了環(huán)境污染，并形成了種桑養(yǎng)蠶和養(yǎng)魚相輔相成、桑地和池塘相連相倚的優(yōu)美?；~塘生態(tài)農(nóng)業(yè)景觀及豐富多彩的蠶桑文化和魚文化，被譽(yù)為生態(tài)文明建設(shè)的樣板。
魚菜共生的作用原理是應(yīng)用無土栽培模式，把水生植蔬或者陸生植蔬馴化后栽培到無土栽培的基質(zhì)中，通過種植植蔬的根系對(duì)養(yǎng)殖水體中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行吸收，利用，轉(zhuǎn)化為自身生長(zhǎng)需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并通過植蔬的收獲移出系統(tǒng)，經(jīng)過植物凈化后的水體重新輸入養(yǎng)殖池內(nèi)循環(huán)利用；主要就是以無土栽培種植的植蔬對(duì)養(yǎng)殖水產(chǎn)品養(yǎng)殖水體進(jìn)行處理，達(dá)到養(yǎng)殖用水要求后重新利用，即獲得了植蔬，增加了產(chǎn)量，亦處理了養(yǎng)殖水體，無需額外增加養(yǎng)殖設(shè)備，減少了投資，改善了水產(chǎn)品的養(yǎng)殖環(huán)境，提升了其品質(zhì)。
魚菜共生的特點(diǎn)：①產(chǎn)品自證清白；②脫離土壤的影響，減少重金屬的積累；③帶根配送，客戶可識(shí)別蔬菜來源。
魚菜共生共發(fā)展以來，國(guó)際上眾多學(xué)者做了大量試驗(yàn)，產(chǎn)生出了幾種工程技術(shù)模式，也是各有天地。
NCSU模式
早期，魚菜共生系統(tǒng)凈化水部分使用的是沙子、碎石等技術(shù)。NCSU系統(tǒng)采用的是固體基質(zhì)栽培（細(xì)砂），經(jīng)改良后系統(tǒng)設(shè)計(jì)了水循環(huán)管網(wǎng)，種植介質(zhì)換成礫石，創(chuàng)造了利于微生物分解的環(huán)境。屬于單循環(huán)模式，系統(tǒng)較簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，且組合形式多樣。主要用于小規(guī)模封閉空間，采用礫石過濾。
UVI模式
UVI模式采用的是養(yǎng)液循環(huán)栽培，屬于單循環(huán)模式，需水量大，產(chǎn)生的動(dòng)力費(fèi)用較高，適合戶外大型商業(yè)生產(chǎn)。UVI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是大規(guī)模封閉式系統(tǒng)，使用了水耕水培分離式，漂浮水培，增氧，消毒，調(diào)節(jié)池等技術(shù)。
ASTAF-PRO模式
ASTAF-PRO系統(tǒng)是柏林Leibniz-IGB研究出來的一個(gè)新型魚菜共生系統(tǒng)；其將傳統(tǒng)RAS系統(tǒng)和含有NFT技術(shù)的無土栽培系統(tǒng)融合到一起，屬于多循環(huán)復(fù)合模式。
INAPRO模式
歐盟INAPRO魚菜共生系統(tǒng)工程是一個(gè)匯集了高智能傳感器、智能控制和遠(yuǎn)程無線網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)于一身的綜合性封閉式魚菜共生系統(tǒng)。增添了光伏、沼氣等輔助單元。
不少學(xué)者對(duì)不同的模式進(jìn)行了水質(zhì)測(cè)試比較。結(jié)果表明在凈化養(yǎng)殖尾水的效果上，最好的是漂浮式魚菜共生系統(tǒng)（UVI）。
根據(jù)魚菜共生蔬菜的無土栽培方式的差異形成了不同的魚菜共生系統(tǒng)，通?？梢苑譃樗姆N，即無土栽培技術(shù)包括基質(zhì)栽培式魚菜共生系統(tǒng)、深液流水培魚菜共生系統(tǒng)、營(yíng)養(yǎng)液膜栽培式魚菜共生系統(tǒng)和氣霧栽培。
基質(zhì)栽培式魚菜共生系統(tǒng)，就是把魚菜共生的植蔬栽培到諸如陶粒或者礫石等基質(zhì)當(dāng)中。這些基質(zhì)可以用來固定植蔬的根部，同時(shí)可以起到過濾養(yǎng)殖水體中殘餌糞便的作用，而且為微生物的生長(zhǎng)提供了床體，對(duì)水體起到生物過濾的作用，這是基質(zhì)栽培式魚菜共生系統(tǒng)的最突出的優(yōu)勢(shì)。
這種方式的魚菜共生系統(tǒng)，基質(zhì)栽培床的大小性狀需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的的地面形狀及布局來確定，至于基質(zhì)的種類及填充量需要根據(jù)種植植蔬的種類選擇確定。
深水栽培式魚菜共生系統(tǒng)，也叫筏式栽培系統(tǒng)或者是漂浮床栽培系統(tǒng)，是水培技術(shù)中較為常見與普及的一種，在產(chǎn)業(yè)化與工廠化的生產(chǎn)模式得到廣泛應(yīng)用。在深液流栽培魚菜共生系統(tǒng)中，養(yǎng)殖水體需要經(jīng)過沉淀池和生物硝化池處理，才能夠引入蔬菜栽培區(qū)，這樣有利于植蔬的吸收利用，經(jīng)過植物的吸收利用，水體返回養(yǎng)殖區(qū)重新利用。深液流栽培式魚菜共生系統(tǒng)的整個(gè)生產(chǎn)循環(huán)過程中必須要重視微生物發(fā)揮的作用，技術(shù)難度較大。
營(yíng)養(yǎng)液膜栽培式魚菜共生系統(tǒng)是一種溶液培育法。通常采用PVC管作為種植載體，營(yíng)養(yǎng)豐富的水被抽到PVC管道中。植物通過定植籃的固定，種植于PVC管道上方的開口內(nèi)，讓自己的根訪問水分和吸收營(yíng)養(yǎng)。這種方式主要用于葉類蔬菜。
氣霧栽培是直接將養(yǎng)魚的水霧化后噴灑到植物的根系，以達(dá)到營(yíng)養(yǎng)吸收的目的。這種方式也主要用于葉菜類蔬菜，在噴霧之前需要對(duì)水進(jìn)行充分過濾凈化，以免堵塞噴霧裝置。
基于前人對(duì)魚菜共生系統(tǒng)的總結(jié)經(jīng)驗(yàn)以及我們自己的理解研究，2017年，我們?cè)诒本﹪?guó)際都市農(nóng)業(yè)科技園園區(qū)的玻璃溫室內(nèi)設(shè)計(jì)施工建設(shè)了 UVI模式和NCSU模式的魚菜共生系統(tǒng)，也就是深液流栽培式魚菜共生和基質(zhì)栽培式魚菜共生系統(tǒng)。下面我將對(duì)來設(shè)計(jì)建設(shè)做簡(jiǎn)單的分析。
建設(shè)前，我們需要根據(jù)對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行了丈量、平整和硬化等處理，并根據(jù)設(shè)計(jì)好的施工圖進(jìn)行地下水路水池的預(yù)埋預(yù)設(shè)。
在進(jìn)行上述工作的同時(shí)，我們需要對(duì)需要用的材料設(shè)備設(shè)施等進(jìn)行提前的采購，節(jié)約時(shí)間，縮短建設(shè)周期。
養(yǎng)殖桶我們采用的是新型環(huán)保的PP材料的，這種材料的養(yǎng)殖桶具有使用壽命長(zhǎng)，無毒無害，便于拆除和移動(dòng)，對(duì)環(huán)境壓力幾乎沒有。養(yǎng)殖桶采用的底部中央排污設(shè)計(jì)，底部為到圓錐形狀，易于積污排污。中央排污管采用的是雙排污管形式。養(yǎng)殖桶采用的是半地埋式，可以起到保暖降溫的作用。
為了易于植物對(duì)養(yǎng)殖水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用，在養(yǎng)殖區(qū)和種植區(qū)之間要建設(shè)一個(gè)沉淀過濾硝化池，將殘餌糞便等大型固體顆粒物排出系統(tǒng)到發(fā)酵池，發(fā)酵成為有機(jī)肥料，用于陸生植物的肥料，同時(shí)過濾后的水體經(jīng)過微生物硝化處理，將水體中的氨氮亞硝酸鹽分解為更利于植物吸收利用的硝態(tài)氮，促進(jìn)植物的消化吸收利用。我們?cè)O(shè)計(jì)建設(shè)的沉淀過濾硝化池是采用磚砌水泥抹灰防水防滲處理。落地式魚菜共生系統(tǒng)養(yǎng)殖桶、過濾沉淀硝化池和蔬菜種植區(qū)之間利用地勢(shì)差異，水體通過自流實(shí)現(xiàn)，節(jié)能環(huán)保。立體式魚菜共生系統(tǒng)在過濾沉淀硝化池后需要提升泵的作用將處理后的水體泵入種植槽內(nèi)。在植物種植區(qū)后需要設(shè)計(jì)一個(gè)回水過濾池對(duì)水體輸入養(yǎng)殖區(qū)前進(jìn)行沉淀過濾，回水池中的水體需要通過提升泵的作用輸回養(yǎng)殖區(qū)。
此種模式的魚菜共生系統(tǒng)主要是種植葉菜類和莖葉類植蔬為主，不易種植茄果類。
基質(zhì)栽培魚菜共生不再需要建設(shè)獨(dú)立的沉淀過濾硝化系統(tǒng)，一般通過預(yù)設(shè)在種植區(qū)的虹吸管實(shí)現(xiàn)種植區(qū)域的潮汐灌溉。我們建設(shè)的階梯式魚菜共生設(shè)計(jì)初衷是景觀及技術(shù)的雙重體現(xiàn)。設(shè)計(jì)原理是表面流濕地。此種模式的魚菜共生系統(tǒng)對(duì)于植蔬的限制比較小，可以種植多種植蔬，后期基本免維護(hù)。
從2017年底系統(tǒng)建成后兩年試驗(yàn)周期內(nèi)，種植芹菜、生菜，長(zhǎng)勢(shì)還不錯(cuò)，芹菜生菜單產(chǎn)量達(dá)到5.25千克/平方米，年產(chǎn)5-8茬；羅非魚最高密度為40千克/立方米。
另外我們還在園區(qū)內(nèi)展示了小型的魚菜共生系統(tǒng)，以供庭院種植和觀賞。
03 水生植物凈化區(qū)
為了真正的實(shí)現(xiàn)園區(qū)的“零”排放，循環(huán)農(nóng)業(yè)。在園區(qū)建設(shè)初，利用人工濕地的原理，我們建設(shè)了水生植物種植區(qū)，兼觀賞及處理尾水的作用，實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)的循環(huán)水產(chǎn)，零排放，零污染。
園區(qū)建設(shè)改造之初就已經(jīng)把預(yù)埋管道都做好了?，F(xiàn)在園區(qū)的循環(huán)水養(yǎng)殖和魚菜共生區(qū)域的尾水和水生植物區(qū)通過預(yù)埋管道連通的，管道上有閥門控制。
水生植物區(qū)的種植槽都是采用的長(zhǎng)、寬、高為2米、1米和0.4米的pp材料的上開口的矩形箱體。箱體的兩端有圓形開口，箱體以串聯(lián)的方式蛇形連接起來。種植區(qū)域展示了漂浮植物、浮葉植物、挺水植物。