中農富通旗下北京中農天陸微納米氣泡水科技有限公司，以循環(huán)經(jīng)濟理論、可持續(xù)發(fā)展理論、環(huán)境經(jīng)濟學理論以及成本效益理論為理論基礎，研發(fā)建設了水產養(yǎng)殖方面的循環(huán)農業(yè)新模式，以供建設循環(huán)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)園區(qū)參考。
循環(huán)農業(yè)，是指在農作系統(tǒng)中推進各種農業(yè)資源往復多層與高效流動的活動，以此實現(xiàn)節(jié)能減排與增收的目的，促進現(xiàn)代農業(yè)和農村的可持續(xù)發(fā)展。
通俗地講，循環(huán)農業(yè)就是運用物質循環(huán)再生原理和物質多層次利用技術，實現(xiàn)較少廢棄物的生產和提高資源利用效率的農業(yè)生產方式。循環(huán)農業(yè)作為一種環(huán)境友好型農作方式，具有較好的社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。只有不斷輸入技術、信息、資金，使之成為充滿活力的系統(tǒng)工程，才能更好地推進農村資源循環(huán)利用和現(xiàn)代農業(yè)持續(xù)發(fā)展！
我國是傳統(tǒng)的水產養(yǎng)殖大國，水產養(yǎng)殖歷時悠久，是世界上開展池塘養(yǎng)殖最早的國家。公元前460年的春秋戰(zhàn)國時代，養(yǎng)魚學始祖范蠡著有《養(yǎng)魚經(jīng)》，這本養(yǎng)魚經(jīng)雖只有460多個字，但是它是我國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)魚密度以及捕魚時間等生產技術環(huán)節(jié)。
近年來，我國的水產養(yǎng)殖雖達到了大力發(fā)展，隨之而來的是，養(yǎng)殖水環(huán)境遭到了破壞，水產品的品質降低，養(yǎng)殖病害頻發(fā)，水產藥品過量投加，養(yǎng)殖成功率越來越低。
為了提高養(yǎng)殖技術，保護水生態(tài)環(huán)境，解決水產品安全的問題，提高養(yǎng)殖成功率，探索綠色可持續(xù)發(fā)展的水產養(yǎng)殖，我們在北京國際都市農業(yè)科技園構建了循環(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和運營情況。
01 循環(huán)水養(yǎng)殖試驗系統(tǒng)
01 循環(huán)水養(yǎng)殖試驗系統(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備設施對養(yǎng)殖水體進行凈化處理從而達到循環(huán)再利用的標準。
綜合了水產養(yǎng)殖學、環(huán)境工程學、化學、微生物學、電子自動化等多種學科知識，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調節(jié)等手段對養(yǎng)殖水體處理達標后重新輸入養(yǎng)殖池進行循環(huán)利用。
循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)是一個完整統(tǒng)一的系統(tǒng)，每個環(huán)節(jié)的銜接都很緊密，缺一不可，一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會加大下一環(huán)節(jié)的壓力，嚴重的話甚至使整個系統(tǒng)癱瘓，對養(yǎng)殖水產品帶來巨大的傷害，使養(yǎng)殖企業(yè)或廠家經(jīng)濟受損。
循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)主要用到的設備設施有：豎流分離器（或旋流分離器）、全自動轉鼓型微濾機、紫外線滅菌儀、動力系統(tǒng)（主要是水泵）、脫氣單元、生物處理單元（沸騰式生物浮床）、調節(jié)池（穩(wěn)定pH、控溫、增氧等）、增氧設備（溶氧錐、制氧機或液氧罐、動力泵及配件）、備用電設備（發(fā)電機）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)，肩負著凈化養(yǎng)殖水體氨氮亞硝酸鹽等對養(yǎng)殖水產品有毒害作用的物質；當然，其他環(huán)節(jié)也不可或缺，只要出現(xiàn)問題，就會影響到生物處理環(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，顆粒物進而產酸，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奪營養(yǎng)物質和空間，因而導致有益微生物的水處理能力，影響?zhàn)B殖水產品的健康。
③溫度和pH的不穩(wěn)定，也同樣會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，水質穩(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，高產高效，低風險等特點。
與傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖相比較，生產同樣質量的水產品，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；減少水產藥品使用，節(jié)約藥品費用65%；同時，在出魚捕魚的人工費用上大約可節(jié)約50%。
循環(huán)水養(yǎng)殖最突出的特點就是水體的循環(huán)利用，這點可以從其字眼當中就可以看出來。在養(yǎng)殖過程中，只需要對系統(tǒng)進行少量的水體補充，基本不用換水。而且基本不用排水，實現(xiàn)水體的“零排放”，屬于環(huán)境友好型的可持續(xù)發(fā)展的水產養(yǎng)殖模式。
有人肯定會問到，養(yǎng)殖過程中，養(yǎng)殖水產品的生長肯定離不開外源性營養(yǎng)物質的攝入，就會有水產品排泄的廢棄物，是如何實現(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，進行發(fā)酵作為有機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)殖池重復利用，實現(xiàn)“零排放”。
北京國際都市農業(yè)科技園建設的循環(huán)水養(yǎng)殖試驗系統(tǒng)雖然占地面積不大，但是“麻雀雖小，五臟俱全”，該有的設施設備亦應俱全，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)具有實用范圍廣，可操作性強，管理方便等優(yōu)勢。例如都市社區(qū)供應活魚鮮魚、農業(yè)場館的技術展示推廣、科研院校教學試驗等等。建成后兩年試驗周期內，共計養(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，長勢良好，無病害發(fā)生，系統(tǒng)運行正常，水質良好。
02 魚菜共生系統(tǒng)
魚菜共生作為新型的種養(yǎng)結合的生態(tài)模式，水產養(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有機的系統(tǒng)當中，從而達到養(yǎng)殖不換水，種菜不施肥。
魚菜共生種養(yǎng)技術主要是以水養(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，我認為“?；~塘”是魚菜共生的雛形。?；~塘系統(tǒng)是我國獨具特色的具有良性生態(tài)循環(huán)的古代農業(yè)生產模式。浙江湖州?；~塘系統(tǒng)起源于春秋戰(zhàn)國時期，其通過“塘基種桑、桑葉喂蠶、蠶沙養(yǎng)魚、魚糞肥塘、塘泥壅?！钡纳鷳B(tài)模式，在有效克服水澇、收到理想經(jīng)濟效益的同時減少了環(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)農業(yè)景觀及豐富多彩的蠶桑文化和魚文化，被譽為生態(tài)文明建設的樣板。
魚菜共生的作用原理是應用無土栽培模式，把水生植蔬或者陸生植蔬馴化后栽培到無土栽培的基質中，通過種植植蔬的根系對養(yǎng)殖水體中的氮、磷等營養(yǎng)物質進行吸收，利用，轉化為自身生長需要的營養(yǎng)物質，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)殖池內循環(huán)利用；主要就是以無土栽培種植的植蔬對養(yǎng)殖水產品養(yǎng)殖水體進行處理，達到養(yǎng)殖用水要求后重新利用，即獲得了植蔬，增加了產量，亦處理了養(yǎng)殖水體，無需額外增加養(yǎng)殖設備，減少了投資，改善了水產品的養(yǎng)殖環(huán)境，提升了其品質。
魚菜共生的特點：①產品自證清白；②脫離土壤的影響，減少重金屬的積累；③帶根配送，客戶可識別蔬菜來源。
魚菜共生共發(fā)展以來，國際上眾多學者做了大量試驗，產生出了幾種工程技術模式，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。NCSU系統(tǒng)采用的是固體基質栽培（細砂），經(jīng)改良后系統(tǒng)設計了水循環(huán)管網(wǎng)，種植介質換成礫石，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)較簡單經(jīng)濟，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，產生的動力費用較高，適合戶外大型商業(yè)生產。UVI系統(tǒng)結構是大規(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，調節(jié)池等技術。
ASTAF-PRO模式
ASTAF-PRO系統(tǒng)是柏林Leibniz-IGB研究出來的一個新型魚菜共生系統(tǒng)；其將傳統(tǒng)RAS系統(tǒng)和含有NFT技術的無土栽培系統(tǒng)融合到一起，屬于多循環(huán)復合模式。
INAPRO模式
歐盟INAPRO魚菜共生系統(tǒng)工程是一個匯集了高智能傳感器、智能控制和遠程無線網(wǎng)絡管理系統(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。
不少學者對不同的模式進行了水質測試比較。結果表明在凈化養(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，即無土栽培技術包括基質栽培式魚菜共生系統(tǒng)、深液流水培魚菜共生系統(tǒng)、營養(yǎng)液膜栽培式魚菜共生系統(tǒng)和氣霧栽培。
基質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當中。這些基質可以用來固定植蔬的根部，同時可以起到過濾養(yǎng)殖水體中殘餌糞便的作用，而且為微生物的生長提供了床體，對水體起到生物過濾的作用，這是基質栽培式魚菜共生系統(tǒng)的最突出的優(yōu)勢。
這種方式的魚菜共生系統(tǒng)，基質栽培床的大小性狀需要根據(jù)現(xiàn)場的的地面形狀及布局來確定，至于基質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)，是水培技術中較為常見與普及的一種，在產業(yè)化與工廠化的生產模式得到廣泛應用。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)的整個生產循環(huán)過程中必須要重視微生物發(fā)揮的作用，技術難度較大。
營養(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，讓自己的根訪問水分和吸收營養(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，以達到營養(yǎng)吸收的目的。這種方式也主要用于葉菜類蔬菜，在噴霧之前需要對水進行充分過濾凈化，以免堵塞噴霧裝置。
基于前人對魚菜共生系統(tǒng)的總結經(jīng)驗以及我們自己的理解研究，2017年，我們在北京國際都市農業(yè)科技園園區(qū)的玻璃溫室內設計施工建設了 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栽培式魚菜共生系統(tǒng)。下面我將對來設計建設做簡單的分析。
建設前，我們需要根據(jù)對場地進行了丈量、平整和硬化等處理，并根據(jù)設計好的施工圖進行地下水路水池的預埋預設。
在進行上述工作的同時，我們需要對需要用的材料設備設施等進行提前的采購，節(jié)約時間，縮短建設周期。
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，無毒無害，便于拆除和移動，對環(huán)境壓力幾乎沒有。養(yǎng)殖桶采用的底部中央排污設計，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。
為了易于植物對養(yǎng)殖水體中營養(yǎng)物質的吸收利用，在養(yǎng)殖區(qū)和種植區(qū)之間要建設一個沉淀過濾硝化池，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)酵成為有機肥料，用于陸生植物的肥料，同時過濾后的水體經(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，促進植物的消化吸收利用。我們設計建設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)之間利用地勢差異，水體通過自流實現(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。在植物種植區(qū)后需要設計一個回水過濾池對水體輸入養(yǎng)殖區(qū)前進行沉淀過濾，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。
基質栽培魚菜共生不再需要建設獨立的沉淀過濾硝化系統(tǒng)，一般通過預設在種植區(qū)的虹吸管實現(xiàn)種植區(qū)域的潮汐灌溉。我們建設的階梯式魚菜共生設計初衷是景觀及技術的雙重體現(xiàn)。設計原理是表面流濕地。此種模式的魚菜共生系統(tǒng)對于植蔬的限制比較小，可以種植多種植蔬，后期基本免維護。
從2017年底系統(tǒng)建成后兩年試驗周期內，種植芹菜、生菜，長勢還不錯，芹菜生菜單產量達到5.25千克/平方米，年產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)
為了真正的實現(xiàn)園區(qū)的“零”排放，循環(huán)農業(yè)。在園區(qū)建設初，利用人工濕地的原理，我們建設了水生植物種植區(qū)，兼觀賞及處理尾水的作用，實現(xiàn)園區(qū)內的循環(huán)水產，零排放，零污染。
園區(qū)建設改造之初就已經(jīng)把預埋管道都做好了?，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、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。