浮筏与基质型鱼菜共生系统在不同鱼缸规模下对尼罗罗非鱼和樱桃番茄生产性能的比较研究

本研究针对小型鱼菜共生系统中配置选择对生产性能的影响问题，比较了浮筏与基质型系统结合两种鱼缸规模对尼罗罗非鱼生长和樱桃番茄产量的影响。结果表明，系统类型不影响尼罗罗非鱼的WG、FCR和SGR，但小规格鱼缸（100 L）的WG显著更高；基质型系统显著提升了樱桃番茄的花果产量，且能更有效地控制亚硝酸盐浓度。研究为空间和水资源有限地区优化小型鱼菜共生系统提供了重要依据。

在全球水资源日益紧张和食品安全需求增长的背景下，寻求高效、可持续的食品生产方式显得尤为重要。鱼菜共生（Aquaponics）作为一种将水产养殖（Aquaculture）与无土栽培（Hydroponics）相结合的创新农业系统，通过利用鱼类排泄物经微生物转化后为植物提供养分，同时植物吸收净化水体，形成一个资源循环利用的封闭系统，展现出巨大的应用潜力。然而，在实际推广中，特别是在小规模或家庭式应用中，系统配置的选择，如植物栽培单元的类型（如浮筏系统Floating systems与基质系统Media-based systems）和鱼缸规模，如何影响鱼类生长和作物产量，仍是亟待明确的关键问题。不同的配置可能通过影响水质动态、养分可利用性以及生物过滤效率，最终决定整个系统的综合效益。因此，比较不同鱼菜共生配置的生产性能，对于优化系统设计、促进该技术在实际生产中的有效应用具有重要意义。

本研究发表在《Aquaculture Reports》上，旨在系统评估浮筏与基质型鱼菜共生系统，结合两种鱼缸规模（100 L和200 L），对尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）生长性能、樱桃番茄（Solanum lycopersicum）产量以及关键水质参数的影响，以期为小型鱼菜共生系统的优化配置提供科学依据。

为开展此项研究，研究人员在阿曼苏丹卡布斯大学的温室中建立了12对鱼菜共生系统单元（6对100 L小缸，6对200 L大缸），每种规格下又分别设置浮筏系统和基质系统各3个重复。实验从2023年5月持续至8月。每个系统单元均包含鱼缸、沉淀过滤桶、生物过滤桶（填充生物球）和植物栽培槽，构成完整的水循环回路。尼罗罗非鱼以特定密度（小缸30尾/缸，大缸60尾/缸）放养，并投喂商业饲料。樱桃番茄每植物槽定植一株。研究期间，定期监测鱼类生长指标（体重增重WG、饲料转化率FCR、特定生长率SGR、存活率SR）和樱桃番茄的花果数量。同时，每周检测水温、溶解氧（DO）、pH、氨氮（NH₃）、亚硝酸盐（NO₂^-）和硝酸盐（NO₃^-）等水质参数。数据采用RStudio进行统计分析，包括正态性检验（Shapiro-Wilk）、t检验、方差分析（ANOVA）以及非参数检验（Mann-Whitney U test）等，以评估系统类型和鱼缸规模的主效应及其交互作用。

3.1. 鱼类生长

尼罗罗非鱼的生长表现显示，系统类型（浮筏vs基质）对体重增重（WG）、饲料转化率（FCR）和特定生长率（SGR）均无显著影响。然而，鱼缸规模对WG产生了显著影响，小规格鱼缸（100 L）中的鱼类WG显著高于大规格鱼缸（200 L）中的鱼类。FCR和SGR在不同鱼缸规模间无显著差异。所有处理组的鱼类存活率（SR）均保持在较高水平（95%–98.3%）。这表明，在保证基本水处理和饲养管理的条件下，植物栽培单元的类型并非限制尼罗罗非鱼生长的主要因素，但较小的养殖水体可能更有利于其增重。

3.2. 樱桃番茄花果产量

樱桃番茄的生殖产量显著受到系统类型的影响。在整个实验期间（6月至8月），基质型系统产生的总花朵数和总果实数均显著高于浮筏系统。这种优势从7月开始显现，并在8月达到峰值。相比之下，鱼缸规模（100 L vs 200 L）对总花朵数和总果实数均无显著影响。这表明，对于樱桃番茄这类果菜类作物而言，基质系统提供的物理支撑、根区通气性和更稳定的微环境更有利于其生殖生长和产量形成。

3.3. 水质

所有处理组的水温、溶解氧和pH均维持在尼罗罗非鱼的适宜范围内。氨氮和硝酸盐浓度在系统类型和鱼缸规模间均无显著差异。然而，一个关键的发现是，亚硝酸盐浓度在浮筏系统中 consistently（持续）显著高于基质系统，无论是在小规格还是大规格鱼缸中。这表明基质系统（其栽培基质本身作为生物滤器）具有更强的硝化能力，特别是能更有效地将有毒的亚硝酸盐转化为硝酸盐，从而为鱼类提供更安全的水环境，同时也为喜硝作物如番茄提供了更有利的氮素形态。

本研究通过比较浮筏与基质型鱼菜共生系统在两种鱼缸规模下的综合性能，得出明确结论：系统类型不影响尼罗罗非鱼的基本生长性能，但小规格鱼缸（100 L）更有利于鱼类增重；而对于樱桃番茄生产，基质系统则展现出显著优势，能获得更高的花果产量。在水质方面，基质系统能更有效地控制亚硝酸盐积累，提升系统稳定性。因此，对于以生产果菜类作物（如樱桃番茄）为主要目标，同时兼顾尼罗罗非鱼养殖的小规模鱼菜共生系统，尤其是在空间和水资源有限的温暖地区，采用基质型系统结合相对较小的鱼缸规模（如100 L）是一种更具潜力的配置方案。该研究为鱼菜共生技术的优化设计和推广应用提供了重要的实证依据，特别有助于推动其在家庭园艺和小型农业生产中的发展。研究结果强调了根据生产目标（鱼类 vs 作物）权衡系统配置的重要性，并为未来研究如何进一步通过优化介质类型、植物密度和管理措施来提高系统效率指明了方向。