绿色和红色萨拉诺瓦生菜（Lactuca sativa）和罗勒（Ocimum basilicum）在耦合鱼菜共生系统中与尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）一同种植于浮筏或介质床时的生长与产量比较

《Horticulturae》：Comparison of Growth and Production of Green and Red Salanova Lettuce (Lactuca sativa) and Basil (Ocimum basilicum) When Grown in Either Floating Rafts or Media Beds in a Coupled Aquaponic System with Nile Tilapia (Oreochromis niloticus)

　　

本研究比较了浮筏（floating raft）和介质床（media bed）鱼菜共生系统，评估了常见系统设计中的鱼类生长、植物生长和系统性能。研究包含两个试验，利用了六个重复的鱼菜共生系统。在每个试验中，三个系统为浮筏系统（1514 L/系统），三个为介质床系统（1136 L/系统）。在试验1中，放养了罗勒（Ocimum basilicum, ‘Genovese’）和绿色萨拉诺瓦生菜（Lactuca sativa, ‘Salanova Green’）；在试验2中，放养了绿色和红色萨拉诺瓦生菜（Lactuca sativa, ‘Salanova Red’）。两个试验均使用了尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）。在试验1中，研究人员未发现浮筏系统（每日生长率0.28 ± 0.10%；鲜重（FW, fresh weight）55.0 ± 21.2 g/株；总生物量1106 ± 72 g/系统）与介质床系统（0.29 ± 0.20%；42.1 ± 7.8 g/株 FW；879 ± 160 g/系统）在鱼类或罗勒生长方面存在差异（p > 0.05）。然而，在试验1中，浮筏系统生产的绿色萨拉诺瓦生菜（123 ± 21.9 g/株 FW；3327 ± 256 g/系统总生物量）显著高于（p < 0.01）介质床系统（94.4 ± 35.3 g/株 FW；2356 ± 260 g/系统总生物量）。在试验2中，研究人员未发现浮筏系统（0.50 ± 0.13%每日生长率）与介质床系统（0.50 ± 0.01%每日生长率）在鱼类生长方面存在差异（p > 0.05）；但浮筏系统生产的绿色和红色萨拉诺瓦生菜单株重（分别为176.0 ± 34.0 g/株 FW；169.3 ± 43.6 g/株 FW）显著高于（p < 0.01）介质床系统（79.2 ± 25.3 g/株 FW；96.4 ± 22.6 g/株 FW）。绿色生菜在浮筏系统中的平均总生物量（3662 ± 350 g/系统）显著高于（p < 0.01）介质床系统（1576 ± 474 g/系统）。本研究强调了进一步研究系统设计及其对植物和鱼类生长影响的必要性，以便生产者能在规划运营时做出明智决策。

**论文解读：浮筏与介质床鱼菜共生系统对生菜和罗勒生长及产量的比较研究**

**研究背景与问题**

鱼菜共生系统（aquaponics）结合了水产养殖（aquaculture）与水培（hydroponics），通过鱼类代谢废物为植物提供养分，具有资源节约的优点。然而，该产业仍面临系统设计与管理方面的挑战。三种常见系统设计包括深水培养（deep water culture, DWC，即浮筏系统）、营养膜技术（nutrient film technique, NFT）和介质床（media bed）系统。现有文献中，直接比较浮筏与介质床系统的研究有限且结果矛盾：例如，薄荷（Mentha arvensis）在介质床中产量更高，而留兰香（Mentha spicata）在浮筏中表现更好；生菜在砾石介质床中生长优于浮筏，但另一些研究则报告子系统对植物生长影响不大。这些不一致性凸显了针对不同物种优化系统设计的必要性。尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）是鱼菜共生中最常用的鱼类之一，而生菜（Lactuca sativa）和罗勒（Ocimum basilicum）是主要经济作物。因此，本研究旨在比较在耦合鱼菜共生系统中，使用浮筏或介质床种植绿色和红色萨拉诺瓦生菜（Salanova）及罗勒时，鱼和植物的生长及产量差异，为生产者提供数据支持。论文发表在《Horticulturae》。

**主要关键技术方法（不超过250字）**

研究人员在弗吉尼亚州立大学Randolph农场的600 m²温室内进行了两个独立试验（试验1：35天；试验2：28天）。每个试验使用6个重复的鱼菜共生系统，每个系统包括一个757 L鱼缸、一个568 L集水池、一个379 L种植床（1.7 m²种植面积）和一个Endurance 2000珠状过滤器。其中3个系统配置为浮筏（1514 L），3个为介质床（1136 L，填充膨胀页岩，使用钟形虹吸管实现15分钟潮汐循环）。鱼类为尼罗罗非鱼，初始平均体重分别为181.2 g（试验1）和202.2 g（试验2），投喂率分别为1%和1.1%生物量/天。植物方面，试验1种植25株罗勒和25株绿色生菜，试验2种植25株绿色和25株红色生菜，种植密度均为28株/m²。每日测量溶解氧（DO）、温度、pH、电导率（EC），每周测量总氨氮（TAN）、亚硝酸盐（NO₂-N）、硝酸盐（NO₃-N）、碱度、铁和浊度，并分析水样中多种离子。植物收获时测定鲜重（FW）、株高、叶片数及组织元素含量。数据采用双样本Student's t检验分析（p < 0.05）。

**研究结果**

**3.1 试验1**

**3.1.1 水质**：浮筏系统的TAN、NO₂和浊度显著高于介质床（p < 0.05），但介质床的EC（440 μS/cm）显著高于浮筏（355 μS/cm）。温度、DO、pH、NO₃、Fe、碱度和流速无显著差异。最终水化学分析显示，浮筏系统的PO₄（14.0 mg/L）显著高于介质床（7.1 mg/L），而介质床的B、Ca、Cu、Zn水平显著更高。

**3.1.2 鱼类生长**：浮筏与介质床系统间的鱼类初始体重、最终体重、增重率、特定生长率（SGR）、饲料转化率（FCR）和存活率均无显著差异（p > 0.05），平均值分别为181.2 g、203.5 g、12.2%、22.6 g、0.33%/天、2.83和95.6%。

**3.1.3 植物生长与产量**：罗勒在浮筏和介质床中的株重、株高、叶片数和存活率无显著差异（平均值48.5 g、90.2 cm、49.5叶、97%）。而生菜在浮筏中的总生物量（3327 g）和单株重（122.9 g）显著高于介质床（2356 g和94.4 g），但介质床中生菜叶片数（54）显著多于浮筏（45），株高和存活率相似。

**3.1.4 植物矿物组成**：罗勒叶片中Cu和K在介质床中更高，Mn在浮筏中更高，其余元素无差异。生菜叶片中Ca、Cu、K、N、Na在介质床中更高，而B和Mn在浮筏中更高。

**3.2 试验2**

**3.2.1 水质**：浮筏系统的pH、浊度和总可沉淀固体显著高于介质床，而介质床的NO₂和EC显著更高。温度、DO、TAN、NO₃、Fe、碱度和流速无差异。最终水化学分析中，浮筏系统的SO₄和PO₄更高，介质床的Ca、Cu和NO₃更高。

**3.2.2 鱼类生长**：浮筏系统中鱼类的初始和最终体重显著高于介质床，但增重率、SGR、FCR和存活率无显著差异（平均值11.2%、22.5 g、0.37%/天、1.98、98.6%）。

**3.2.3 植物生长与产量**：绿色和红色生菜在浮筏中的单株重、株高和叶片数均显著高于介质床。绿色生菜在浮筏中的总生物量（3662 g）显著高于介质床（1576 g），红色生菜也呈类似趋势（3411 g vs. 1877 g）。矿物组成方面，绿色生菜中Mn在浮筏中更高，Ca、K、Mg、Na在介质床中更高；红色生菜中仅Mn在浮筏中更高。

**讨论与结论总结**

讨论部分指出，鱼类生长不受系统设计影响，这与先前研究一致，但本研究中较低的生长率可能与水温偏低（20.2–22.7 °C）及试验周期短有关。水质方面，介质床系统中EC更高、浊度更低，且多数元素浓度更高，可能由于固体废物在介质床中矿化留存量较大。植物生长方面，浮筏系统中生菜产量显著更高，可能归因于浮筏的白色反射面改善光照，以及持续供氧（气石）促进了根系生长。罗勒产量虽无显著差异，但浮筏略高。介质床采用钟形虹吸管实现15分钟潮汐循环，其根系间歇暴露于氧气，但可能限制了养分接触时间。研究还发现，植物组织元素浓度差异可能受“大小缩放效应”影响，即较小植物中元素浓度相对更高。结论中，研究人员强调系统设计对植物和鱼类生长的影响复杂，现有文献存在矛盾，建议未来研究采用更长周期、不同物种，并标准化系统设计。介质床中钟形虹吸管应被替换为定时开关泵以控制水循环。此外，浮筏系统无需介质，成本更低，对生菜产量显著更高，故更优于介质床。