阳台型鱼菜共生装置的设计研究

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　　摘要：以养鱼水浇灌蔬莱、景观植物为方向，在为家庭带来绿意、美化环境的同时，实现能源的循环利用及环境的保护改善，并适当减少蔬莱购买开销、生产有机蔬菜尝鲜、补贴家庭蔬菜支出，以打造一个绿色、环保、经济、节能、美观的阳台型鱼菜共生装置。装置由栽培槽、承重柱、养殖槽（带有流通口）3部分嵌套组成，利用流通口将溶解有鱼食及鱼类中营养元素的养殖水流至栽培槽，实现废弃物的再利用及促进植株生长更加健壮。
　　关键词：装置;系统;鱼菜共生
　　当前，许多水产养殖系统生产的废水含有大量化合物，如：悬浮固体、总氮、总磷[1]，引起藻类和其他水生植物的快速繁殖，造成水体水质恶化，溶解氧大大降低，鱼类及其他生物死亡，最终导致水体生态系统的破坏[2]，但对农作物而言，养殖废水则是提升其品质与产量的营养剂。所以考虑资源可持续与农业多样发展的相互作用关系时，鱼菜共生技术可作为二者间的连接点：利用废弃养殖水作二次资源浇灌栽种物，累积养分、水分，供给植株营养生长，从而提高农业供给，实现环保、资源、经济三位一体。
　　经调查，一些城市居民食用的蔬菜有20%～30%靠家庭阳台自给[3]，一定数量的用户基础是以家庭为单位建立可持续的水产养殖系统，以减少对自然环境、社会环境有负面影响的物质积累[4-5]。鱼菜共生技术的应用范围宽泛，且其自身的观赏价值可辅助技术在都市商用、家庭使用。城市家庭作为鱼菜共生技术的落脚点，对技术载体观赏要求较高，参考城市商用案例，如：莫约新餐馆与非洲集贸市场（Moyo's New Restaurant andAfrican Food Market），芝加哥海军码头（Chicago NavyPier）[6]。以上案例证实技术载体设计对都市人产生极强的吸引力才是推动技术引入家庭的关键。
　　试验以家庭化使用鱼菜共生装置适用性为目的，使装置可成功推广设计理念如下：①制作材质耐老化。材质具有极强的耐紫外光、耐候性，于阳台放置不易老化，且质量好不易破损，可保障装置的使用期限。②装置制作成本较低、实用性强。确保装置的植物种植及鱼苗养殖功能，并使其兼具养鱼水循环肥菜的功能。③装置设计美观。装置外观设计简洁大气，利用外观线条的流畅感搭配植株外形、鱼苗形态，为植株、鱼苗观赏锦上添花。
　　1 试验内容与方法
　　1.1 试验材料
　　亚克力板材、锉刀、氯仿、锦鲤、软木塞、绿萝、Au-toCAD软件等。
　　1.2 试验方法
　　首先，以美观、管理方便为目的，参考市场设计案例、用户反馈绘制装置概念图，对比所有图纸筛选最适宜安置在阳台进行蔬果种植、鱼类养殖的设计，完成制图、取材、制作、测试、加工等流程。其次，检验成品使用性能：定时用流动养殖水浇灌种植物，测试装置使用是否有弊端，并记录养殖鱼苗及种植植株的生长情况。
　　2 装置制作说明
　　2.1 制作材料的选择与性能分析
　　选择质感趋向水晶、光洁透亮的新型材料亚克力板为装置制作材料。该制作材料具有以下优点：①装置具备观赏效果，又可全面展现装置内的生态小环境。②板材间互溶并重新凝固的特殊性质，可延伸解决装置填堵、防漏的问题。为保证装置稳定，又轻巧、便移动、宜家庭使用，选取0.3cm厚度的板材为装置制作材料。
　　2.2 装置的设计
　　存在许多因素对鱼菜共生技术产生干扰，如随着残饵、排泄废物等有机质在底部不断积累，细菌和浮游细菌生物量都有所上升，且底泥细菌明显比同期浮游细菌的量高[7]，会相对性增加蔬菜种植的操作难度，且对非技术型单位而言，普通家庭难以达到水培技术对生产环境的苛刻要求，相较营养液膜栽培模式（NFT，Nutrient Film Technique）、深水栽培模式（Deep WaterCulture Technique）低缓冲、强技术特性，基质栽培模式（Media Bed Technique）具备的稳定性更适宜家庭应用。故而景观、简便的“懒人模式”设计是阳台型鱼菜共生装置的设计核心。
　　试验装置由栽培槽、承重柱、养殖槽（带有流通口）3部分嵌套组成，流通口开环共生设计，无种植水返流的設计，强调装置的效益重点为种植物的产出而非水产养殖，即装置养殖槽体积同栽培槽体积之比约为1：4。整体构造如图1所示。
　　2.2.1 栽培槽的设计制作与使用性分析。装置栽培槽由4块梯形板与1块正方板组成，组成栽培槽前后侧的2块梯形板上底长30cm、下底长16cm、厚0.3cm，左右侧梯形板上底长28.7cm、下底长15.7cm、厚0.3cm，底板为16cm长、厚0.3cm的正方板，呈棱台型（上底长宽均为30cm，下底长宽均为16cm，高20cm），规格适中，种植空间约为6405cm3，种植面积约431cm2，适宜家庭使用，适用于小型蔬菜及观赏花卉栽培，以绿萝扦插为例，装置可扦插40～60株绿萝。
　　栽培槽前、左、右三侧自顶部开有上底12cm、下底20cm、高5cm的倒梯形开口，既可保证栽培土层厚度为15cm，空间大小可满足一般叶菜及观赏植物根系生长所需，又可使植株茎基部枝叶探出栽培槽，形成一定的观赏趣味。栽培槽后侧无倒梯形开口，自栽培槽后侧方底部起有一挡板，挡板同承重柱后侧齐平，使得承重柱仅在其前侧、左侧、右三侧被土壤包围，因其后侧可清晰呈现装置整体，故栽培槽后侧主打观赏效果。
　　为保证装置的牢固性，需测量计算板材间的贴合度，处理板材以确保板材与板材间的接触面扩展到最大，即将栽培槽的稳固性、防漏性及使用期限提升到最大。栽培槽构造如图2所示。
　　2.2.2 养殖槽的设计制作与使用性分析。养殖槽由4块梯形板与1块正方板组成，栽培槽的左右侧为2块上底长11.3cm、下底长7.3cm、高16cm、厚0.3cm的梯形板，后侧为1块上底长12cm、下底长8cm、高16cm、厚0.3cm的梯形板，前侧为1块上底长12cm、下底长8cm、高16cm、厚0.3cm的梯形板。养殖槽规格较小，容纳养殖水约1621cm3，适宜于养殖小体积鱼苗，以锦鲤鱼苗为例，可于养殖槽中饲养3～4尾。 　　养殖槽前侧梯形板有1个直径为2cm的圆洞作为流通口，流通口可安置水龙头或软木塞（一般水龙头及软木塞的直径多为2cm），流通口为开环共生的实现点，因此养殖槽兼具养殖功能、共生功能。
　　为保证养殖槽的稳固性、防漏性等，计算处理养殖槽板材，理由同上。养殖槽构造如图3所示。
　　2.2.3 承重柱的设计制作与使用性分析。承重柱由4块长方板组成，前后侧板材长8cm、高11cm、厚0.3cm，左右侧板材长7.3cm、高11cm、厚0.3cm，为节约材料，以养殖槽底部作为其顶部，不再消耗材料制作承重柱顶部。承重柱的功能为托举养殖槽，为保证其稳定性，需在其中填满砂石，以产生内部压力平衡外部养殖槽（主）、土壤产生的外部压力，并依靠砂石的色彩达到一定的观赏效果。承重柱构造如图4所示。
　　氯仿粘连制作成品后，进行漏水测试，对漏水的部位填堵板材刨花材料。
　　3 装置使用前的预操作
　　氯仿的低毒性会影响动物生活，甚至造成死亡。需在正式使用前，栽种绿色植物1周，以对装置产生的化学物质进行吸收，主要经需氧代谢途径由微粒体酶中的细胞色素P450催化，生成光气，最终生成CO2，由肺呼出[8]。利用植株细胞色素催化分解氯仿挥发气体。然后栽种绿萝、养殖锦鲤2～4周，测试装置安全性，结果表明预试验期间，鱼苗及植株生长正常，未受到装置毒害，且通过查阅资料发现，大多数小规格产品使用氯仿作粘连剂后，需要1天的时间以散发其毒性。故阳台型鱼菜共生装置安全无害，可于家庭正常使用。
　　4 结果分析
　　4.1 装置实用性分析
　　选取2尾锦鲤进行试养殖，选取60株长为7cm左右的绿萝茎段进行扦插，按照每3天喂食每尾锦鲤3～4粒鱼食，1周换水1次的养殖方法，养殖锦鲤2个月，绿萝、锦鲤在装置内生长情况良好，据此判定装置养殖槽适宜锦鲤生长。
　　锦鲤养殖过程中产生的大量排泄物，以及未被锦鲤吞食的鱼食，均在水中被溶出大量营养物质，导致养鱼水中氨氮化合物、磷酸盐、亚硝酸盐含量日渐增加，总硬度日渐上升。
　　4.2 装置观赏性分析
　　保证装置的观赏性同样具有重要意义，是家庭愿意购买使用装置的重要因素。查阅资料发现，陈华等[9]设计的景观式鱼菜共生系统同为观赏性设计，但景观式鱼菜共生系统与阳台型鱼菜共生装置的观赏性用途有所不同。
　　景观式鱼菜共生系统与阳台型鱼菜共生装置的栽种面积之比约为2.1：1，而养殖体积之比约为22.5：1，但景观式鱼菜共生系统设计复杂：三重过滤、光伏发电、水质监测等关键性配置复杂，小型系统配以复杂配置则提高设计制作的难度与使用操作性，而阳台型鱼菜共生装置设计更为简单，强调装置的实用性，所以，景观式鱼菜共生系统因其技术加成而更倾向于商业使用，而阳台型鱼菜共生装置因其简约实用性而突出其家庭使用价值。
　　5 讨论
　　鱼菜共生技术应用在工厂等生产单位可以产生最大的效益，但是向家庭引进科技为生活服务的便利同样不可忽视，鱼菜共生技术通过设计加成吸引都市家庭产生无废都市的理念值得所有的科研人员及设计者深入探索。
　　就市场调查而言，鱼菜共生装置的设计类型因产品主要效果而多变，例如EcoQube C产品，这类小规格产品难以满足蔬果生产，仅可提供较少量绿植生长所需环境，产品使用体验主为“水族箱”观感，而阳台型鱼菜共生装置的设计点为以大规格植株槽栽种蔬果，鱼菜共生装置的设计理念多样化，有很大的发展空间待设计者开发。
　　鱼菜共生装置的升级空间极大，根据鱼类与植物两者之间的营养所需的元素要求、两者所处相同环境的特点，通过科学的精准设计与计算[10]，投入资金、技术根据需求发展装置升级，使其更科学、实用。
　　6 结语
　　阳台型鱼菜共生装置使用体验新颖且实用。装置设计完成预定目标：装置外观美观大方，适宜作为盆景于家庭使用;装置操作性强，完成家庭废弃物资源的二次利用，以其肥土肥菜;装置价格实惠，适宜于一般家庭的购买力，且加上装置本身的回报性，使其更加经济。综上所述，阳台型鱼菜共生装置是现代家居的新型多功能绿化容器，为设施农业的生活化应用提供了可能。（收稿：2019-07-20）
　　参考文献：
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　　[10]宋红桥，管崇武.鱼菜共生综合生产系统的研究进展[J].安徽农学报，2018，24（20）：63-65.
　　基金项目：甘肃农业大学盛形笙创新基金（GSAU-STS-2018-32），甘肃农业大学SRTP项目及编号20181208"a
　　第一作者简介：陈喜雪（1996-），女，甘肃定西人，本科。
　　通信作者：李雯琳（1983-），女，陕西清洞人，硕士，讲师，从事设施环境与栽培生理研究工作。
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