鱼菜共生(Aquaponics)作为利用巨骨舌鱼(Tambaqui, Colossoma macropomum)养殖废水培育桃花心木(Swietenia macrophylla)幼苗的可持续方法

《Water》：Aquaponics as a Sustainable Approach for Producing Mahogany (Swietenia macrophylla) Seedlings with Effluent from Tambaqui (Colossoma macropomum) Farming

　　

摘要：亚马逊地区的水产养殖具有促进自然资源可持续利用的重要潜力。鱼—林一体化已成为一种资源高效型的可持续生产策略。本研究旨在评估桃花心木（Swietenia macrophylla）幼苗在与巨骨舌鱼（Colossoma macropomum）整合系统中、采用不同株距（5、10、15、20和25 cm）下的生长表现，并以巨骨舌鱼养殖出水作为营养源。栽培56 d后，系统中溶解氧(dissolved oxygen)、电导率(conductivity)、总氨(total ammonia)及硝酸盐(nitrate)受处理显著影响（p < 0.05）。各鱼菜共生系统中巨骨舌鱼的增重性能差异显著（p < 0.05）。桃花心木幼苗的根鲜质量(root fresh mass)、地径(collar diameter)及Dickson质量指数(Dickson quality index, DQI)亦受处理显著影响（p < 0.05）。结果表明，以巨骨舌鱼养殖废水为桃花心木幼苗提供营养来源的"水产—林业"一体化系统在技术上是可行的，且具有环境友好前景。在各处理中，25 cm株距所获幼苗的品质指标更优，表明在鱼菜共生条件下较宽株距有利于幼苗发育。上述发现凸显了鱼菜共生一体化系统在亚马逊地区实现水产与林业资源可持续生产的潜力。

论文解读：鱼菜共生系统中利用巨骨舌鱼(Colossoma macropomum)养殖废水培育桃花心木(Swietenia macrophylla)幼苗的研究

本文发表于《Water》。

一、研究背景与意义

亚马逊地区的水产养殖具有提升粮食安全、增加收入及促进自然资源可持续利用的潜力，尤以本地种巨骨舌鱼（Tambaqui, Colossoma macropomum）为代表。传统单一水产养殖扩张面临技术与结构瓶颈，且富含氮磷的养殖废水直排易造成水体富营养化(eutrophication)。将水产养殖与植物栽培整合为鱼菜共生(aquaponics)系统，可利用硝化细菌将鱼类代谢产生的氨转化为植物可吸收的亚硝酸盐(nitrite)和硝酸盐(nitrate)，实现养分循环利用并减少合成肥料依赖。现有鱼菜共生研究多集中于蔬菜作物，关于利用养殖废水培育高价值热带林木——桃花心木（Swietenia macrophylla）幼苗——的研究十分有限。桃花心木因过度采伐导致野生种群下降，亟需高效的育苗体系支撑造林与可持续森林经营。因此，研究人员开展了以巨骨舌鱼养殖出水为唯一营养源、在不同幼苗株距下培育桃花心木的鱼菜共生可行性及最优株距评价研究。

二、主要关键技术方法

研究于巴西帕拉联邦农村大学(UFRA)亚马逊水产养殖生物系统实验室(BIOAQUAM)进行。设置5个桃花心木幼苗株距处理（5、10、15、20、25 cm），15 cm为对照（常规苗圃常用），每处理8个重复，各连接一套独立循环鱼菜共生单元。每单元含1000 L聚乙烯鱼箱（放养8尾均重约196.08 g的巨骨舌鱼幼鱼）、100 L沉淀器、100 L生物滤池（填充PET瓶盖为生物膜载体）、150 L营养液膜技术(nutrient film technique, NFT)水培床供幼苗栽培，水再经潜水泵回流。日投喂商业膨化饲料（36%粗蛋白，按鱼体生物量3%分3次投喂），实验周期60 d，植物指标测定至56~60 d。每日监测水温、溶解氧(dissolved oxygen, DO)、pH、电导率(electrical conductivity, EC)，每周测总氨(total ammonia)、亚硝酸盐(nitrite)、硝酸盐(nitrate)。植物每株测茎长、根长、地径(collar diameter, mm)、鲜重（根/茎/叶）、干重（65℃烘干48 h）、叶面积（ImageJ软件）、Dickson质量指数(Dickson quality index, DQI)；鱼测初终体重及长，计算增重(wight gain, WG)、特定生长率(specific growth rate, SGR)。数据经Shapiro–Wilk正态与方差齐性检验后行单因素方差分析(one-way ANOVA)及Tukey多重比较（α=0.05，GraphPad Prism 10）。

三、研究结果

3.1. Greenhouse Environmental Parameters and System Water Quality（温室环境参数与系统水质）

研究人员每日监测温室内气温（33.60±3.08℃）、相对湿度（52.49±10.37%）、光照强度（1061.51±911.05 lux）及各系统水温、DO、pH、EC，每周测氮化合物。结果显示，不同株距显著影响（p < 0.05）DO、pH、EC及总氨与硝酸盐浓度。DO在10、15、25 cm处理中显著更高（p < 0.001）；25 cm处理pH与EC显著最高，5 cm处理EC最低；总氨在10 cm与20 cm处理显著较高（p=0.031），硝酸盐在5 cm处理显著最低（p < 0.001），20 cm处理硝酸盐显著最高；水温与亚硝酸盐无显著差异。表明较宽株距（25 cm）伴随较高EC与硝酸盐可用性，系统维持了硝化细菌适宜条件（pH 7.0–8.0范围附近，DO 5–6 mg L^?1）。

3.2. Tambaqui Growth Performance（巨骨舌鱼生长性能）

研究人员测定各系统巨骨舌鱼初终体重与体长，计算WG与SGR。结果显示鱼末重、WG、周增重及SGR受处理影响显著（p < 0.05），25 cm处理鱼末重、WG、SGR显著最高（p=0.001），10 cm处理最低；5、15、20 cm间差异不显著。研究人员指出此差异可能与25 cm组鱼初始体重偏低致特定生长率偏高有关，鱼生长为系统性能辅助指标而非主效应变量。

3.3. Mahogany Growth Performance（桃花心木生长性能）

研究人员于实验始末及期间定期测定幼苗形态指标，期末计算DQI。根鲜质量在10 cm处理显著大于15、20 cm（p=0.005）；地径在25 cm处理显著最大（p=0.012）；DQI在5 cm与25 cm处理显著高于15 cm对照（p=0.019），其余指标（茎长、根长、总鲜重、干物质分配、叶面积、叶片数）无显著差异。表明25 cm株距利于形成地径粗壮、综合质量（DQI）更优的桃花心木幼苗，而密植（5 cm）虽DQI尚可但不及25 cm地径表现佳。

四、讨论与结论总结

讨论部分指出：巨骨舌鱼养殖废水中氮素经硝化作用转化为硝酸盐可被桃花心木幼苗吸收，实现养殖废物资源化与减少化肥施用，符合循环经济原则。株距影响植株间光养竞争及养分摄取效率，宽株距（25 cm）对应较高硝酸盐与离子积累（高EC），支持更优幼苗发育。需注意长期运行应监控pH波动与全面营养盐（P、K、Ca、Mg及微量元素）。鱼生长差异主要归因于初始个体大小差异与补偿生长，非株距直接效应。本研究为首批评估木本树种——桃花心木——于鱼菜共生系统中生产之报道。

结论（翻译）：

将巨骨舌鱼养殖与桃花心木幼苗生产相整合，使富营养废水得以再利用，提升了鱼菜共生系统的循环性与资源利用效率。研究结果表明，这种一体化方法是技术上可行且具有环境前景的生产策略。在所评估条件下，推荐幼苗株距25 cm用于"水产—林业"一体化，因其获得较优的植物学性能指标与更好的幼苗品质。但本研究每处理仅使用单一鱼菜共生单元且未直接定量磷及其他矿质营养，未来需增加系统重复数与全面营养盐分析，以验证不同生产条件下的普适性。