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深入理解鱼菜共生-—氮循环、微生物及系统平衡

11/24/2015

鱼菜共生是种养结合的复合耕作方式,在一个不断循环的鱼菜共生系统中,鱼池里含有鱼的代谢排泄物,含有排泄物的水从鱼池中溢流或抽出来后,通常经过物理过滤器,把固体代谢物拦截下来,然后经过生物过滤器,把氨转换成硝酸盐;接着,水流经作物种植床,养分被植物吸收;最后,水被净化,又回到鱼池。

生物过滤器为细菌提供生长繁殖的环境,将鱼的排泄物转变成植物可以吸收的营养。这个营养提取过程净化了水,使水不会存在含氮物(氨、亚硝酸盐)的毒害,使鱼、菜、细菌三者和谐共生。这样,在系统达到良好平衡的前提下,所有的生物共同为彼此创造了良好的生活环境。

一. 氮循环

实际上,鱼菜共生背后的核心生物过程是氮循环。

氮(N)是构成生命体的核心元素,可以形成生物必不可少的有机物:蛋白质和核酸。蛋白质的基本组成,是氨基酸,而氨的核心构件之一就是氮。可见,对于生物繁殖和生长,氮是必须的。在植物中,氮还用于制造叶绿素,可进行光合作用供植物生长。在自然界,氮以分子态(氮气)、无机化合氮和有机化合氮三种形式存在。大气中含有大量的分子态氮。但是,绝大多数生物都不能够直接吸收分子态的氮,植物只能从土壤中吸收无机态的铵态氮(铵盐)和硝态氮(硝酸盐)。空气的氮,只有通过细菌的固氮作用,转换成氨和硝酸盐后,由植物吸收。

氮循环(Nitrogen Cycle)是大自然生物圈内基本的物质循环之一,大气中的氮经微生物作用进入土壤,为动植物所利用,最终又在微生物的参与下返回大气中,如此反覆循环,生生不息。

在自然界,动物排泄物(粪便和尿液)的成分主要是氨(NH3)。自然界中的各种有机物,如动物腐尸或植物残体,通过真菌和细菌分解,也变成了氨。氨通过一组特定的硝化细菌进行代谢。这些细菌首先将氨转换成亚硝酸化合物(NO2-),进而转换成硝酸盐化合物(NO3-)。

微观上说, 一个完整的氮循环模式是:生物(有机物)—>氨—>亚硝酸盐—>硝酸盐—>生物(有机物)。整个氮循环,硝化细菌至关重要。硝化细菌可以生活在不同的环境中,如土壤、砂石、水和空气中,是硝化过程的一个基本组成部分。在硝化过程中,有两类细菌参与其中:氨氧化菌、亚盐氧化菌。它们以下列顺序代谢氨:

1.氨氧化菌将氨(NH)转化成亚硝酸盐(NO-)

2.亚盐氧化菌将亚硝酸盐(NO-)转化成硝酸盐(NO-)

在鱼菜共生系统中,由于饲料投喂、鱼排泄活动,氮以不同形态在水体中积累。其中,氨、亚硝酸盐、硝酸盐是水体中主要的无机存在形式,一方面能够直接或间接转换为植物所需的无机营养盐;另一方面水体中过多的积累对水生生物有毒害作用。如果没有硝化细菌或者它们没有正常工作,水中高浓度的氨和亚硝酸盐会让鱼致死。因此,保持和管理一个健康的细菌群落至关重要。

了解氮元素在鱼菜共生系统中的迁移和转换过程,有助于我们理解和调控与氮循环相关的各类问题。知道氮循环的宏观概念和微观原理,便于我们理解并着手建立鱼菜共生系统,实现氮的有效循环利用,为我们的鱼和菜提供一个健康的环境。

二. 建立生物过滤器,维持健康的细菌群落

建立一个健康的生物过滤器时,影响细菌生长的主要因素是表面积和合适的水环境。

表面区域。细菌可以在任何物体的表面着床,如植物根部、鱼池壁、管道内。细菌可着床的总区域面积决定了它们可以分解多少氨。对于低密度鱼存栏量的系统,植物根系和鱼池侧壁可以提供足够的细菌着床表面积。对于高存栏量的系统,需要一个独立的生物过滤模块,里面放置大表面积的材料,比如砾石、陶粒。

水体pH值。PH是指水的酸碱度。水的PH值对细菌的生物性能、转化氨和亚盐的能力有影响。两类硝化细菌最适宜的PH范围是7.2-8.2。当然,细菌具有一定的适应环境的能力,也可以容忍更大的PH范围。对于鱼菜共生,最合适的PH是6-7,因此这个范围对鱼和植物都比较适合。细菌工作效率的损失可以通过培育最多细菌来解决,因而需要设置相适应的生物过滤器。

水温。对于细菌以及整个系统而言,水温是一个重要因素。理想的温度范围是17-34度。如果水温低于17度,细菌的繁殖能力下降;低于10度,繁殖力下降50%甚至更多。低温对于冬季系统的管理有较大影响。

溶解氧(DO)。在任何时候,细菌需要水中有足够的溶氧,用以维护高的繁殖能力。硝化作用是一种氧化反应,没有氧气,反应就会中止。如果DO值过低,硝化反应将减缓。另外,没有足够的DO浓度,另一种细菌会繁殖,产生反硝化厌氧过程,将硝酸盐转化回分子态的氮。

紫外线。硝化细菌是对光敏感的生物,太阳紫外线对硝化细菌是一种威胁。在新系统启动阶段,细菌群落初始形成期间,尤其如此。一旦细菌在表面着床,紫外线就不会造成太大问题。消除这一威胁的简单办法就是用防紫外线材料覆盖鱼池和过滤单元,同时确保水培单元的水不暴露在阳光下,至少直到细菌群落充分形成。

三. 保持鱼菜共生系统平衡

鱼菜共生的关键在于维持一个动态平衡的生态系统,使鱼、菜、细菌的数量达到一个动态平衡。

鱼菜共生系统的均衡可以想象成一个天平,鱼和植物是天平两端的重物,而天平的力臂由硝化细菌构成。这样,硝化细菌力臂必须足够粗壮,才能支撑鱼和菜的重量。如果力臂不足以支撑鱼和菜的重量,就会断裂。这就意味着,生物过滤是不够有效的。

如果鱼的存栏量和过滤器大小是平衡的,系统就可以把相应的氨转化成硝酸盐。然而,如果植物数量太少,系统就会开始堆积营养。高一些的营养浓度对鱼和菜都没有害处,但表明蔬菜端没有发挥足够的吸收净化作用。

    一个常见管理错误就是太多的菜搭配太少的鱼。这种情况下,氨都转化成了硝酸盐,但硝酸盐和其他营养的量不足以满足植物需要。这种情况最后就导致营养浓度越来越低,植物无法良性生长。

    要使鱼菜共生系统生产最大化,需要保证足够的表面区域用于培育细菌群落转换所有的排泄物,维持鱼的废物和植物营养需求的适当平衡。当系统偏离平衡时,系统会通过参数指标、鱼和菜的健康程度,来警示我们。

 

当平衡一个系统时,许多变量需要考虑。一种经过实践的简单方法就是考虑一个比率指标,即:“投喂量/种植面积”,即每平方的种植面积需要多少的日投喂量。通过投喂量,可以确定有多少鱼。当然,这个指标,只是平衡系统的一个指引,其他因素在不同阶段会对系统产生不同影响。

有两个简单方法来检测系统平衡状况:一是观察鱼菜的长势,二是氮测试。

鱼和菜中良的生长状态会告诉我们:系统已经失去平衡。营养缺乏通常表现在长势弱、黄叶、根长势差。在这种情况下,可以加大鱼存留量、投喂量和生态过滤,或者减少植物。同样,如果鱼在表面呼气,鳃或皮肤变红甚至死亡,那么往往是由于有毒的氨和亚盐的堆积。当有太多的废物需要生物过滤器处理时,往往会出现这种情况。任何鱼和菜的症状示意着,我们需要主动研究找到问题原因所在。

氮测试,即使用水检测试剂盒测试水中的氮含量。如果氨或亚硝酸盐浓度太高,它表明该生物过滤不充分,应增加可用生物滤池表面积。大多数鱼在这种环境存活不超过几天。硝酸盐浓度水平的升高,表明有足够的营养物质。鱼可以容忍较高的硝酸盐水平,但如果硝酸盐水平长达数周都是很高,就应该排掉部分水来浇灌其他作物。如果硝酸盐水平在数周内都很低,鱼饲料可以略有增加,以确保蔬菜有足够的营养输入。

 

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  1. susoo 01/12/2016
    值得学习!就是看上去很难操作!
  2. 雨转多云 11/30/2015
    您的农场在哪里啊?
  3. stuufffd 12/05/2015
    亲有这方面专业书籍推荐否

凡朴农场-陈浩

推广鱼菜共生、循环永续农业。提供鱼菜共生、可持续农业技术咨询;组织农场实地亲子活动、自然教育、休闲体验。

Ta的评论
  • susoo01/12/2016

    值得学习!就是看上去很难操作! 查看

  • 曲小游12/09/2015

    水培作为主要食物来源不合适吧,营养不够吧,搞搞观光还可以 查看

  • qqC734BDCF12/06/2015

    在成都呢 查看

  • qqC734BDCF12/06/2015

    全是英文的 查看

  • stuufffd12/05/2015

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