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106年4月(第298期)

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共生--養殖與水耕複合


文/水產試驗所淡水繁養殖研究中心 黃德威 劉于溶 薛守志 楊順德

壹、前言

  水產養殖過程中會產生植物成長所需的氮磷等營養鹽,為利用這些肥分,人們數百年前就懂得採用「稻田養魚」等方式,將水產養殖動物的排泄物供應作物成長所需,並可增加農作的附加價值,是結合魚菜互利、資源循環利用、對環境友善且省水的農業生產模式。近半個世紀發展出來的養殖水耕系統,則是綜合循環水養殖與水耕植物栽培的優點,而建立複合式永續農作方式。如圖1所示,養殖水耕係將排放到系統中未被養殖動物充分利用的有機和無機營養,讓植栽作物從中獲得生長所需的營養鹽,可減少養殖系統中的有機排泄物堆積,有效率的循環使用養殖用水,降低排放水對環境所造成的衝擊。其收穫除水產養殖物外,養殖期間所收成的農作物也成為系統的副產物,同時由於水資源的循環利用而達到省水的效果。

  養殖動物需有飼料投餵才能達到生產效益,但飼料中有超過一半的氮、磷營養未被充分利用,經養殖動物消化代謝作用後排入養殖池,增加系統中的有機負荷。氮的部分主要由水產動物以氨氮的形式排入水體,經過亞硝化菌、硝化菌等轉化為亞硝酸鹽與硝酸鹽等含氮物,其中氨和亞硝酸對養殖動物具有較強的毒性;而磷則經由尿液與糞便排入池中,經細菌轉化為溶解性磷酸鹽,或與其他微量元素結合沉澱至池底,當水中磷酸鹽濃度過高時會使藻相驟變,影響養殖物的生長和活存。由於養殖池多為集約式養殖環境,投入的飼料量大且產生的排泄物多,須換水以稀釋有機物負荷,減輕養殖動物的水質緊迫,但衍生水資源消耗和週邊水域優養化問題。雖然循環水養殖透過過濾與生物濾床等設施可解決部分問題,但養殖成本也因此提高。

  為節約養殖用水並循環利用排放在水中的營養鹽,水產試驗所近年來嘗試開發不同的養殖水耕系統,並與臺南區農業改良場和桃園區農業改良場合作,進行系統運作條件的研究,包括硬體設施的整建、系統組件的改良、養殖魚和植栽作物的種類、配比及養耕條件的調整等,並進一步探討養殖魚的氮磷排放以及水耕作物對於水中營養鹽之吸收,瞭解養殖物與水耕作物的成長情形及系統運作時的節水效率。

貳、案例說明

  以秋冬季養殖臺灣鯛搭配交錯輪種葉菜類試驗為例,養殖槽放養總重約23公斤的魚,池水經沉澱槽和毛刷過濾後,流入面積34平方公尺的浮筏植栽區,每日約投餵34克飼料可供應每平方公尺37株葉菜類所需的營養。在6個月的連續運作過程中,系統交錯栽種多種短期葉菜作物,如福山萵苣、蜜雪兒白菜、鹿角萵苣、紅縐葉萵苣、直立萵苣、綠寶石萵苣及芹菜等,自第六週後開始分批收成,每月約可收穫葉菜42公斤(圖2),期間水中氨氮和亞硝酸鹽濃度均在安全範圍內,總氮和磷酸鹽平均濃度分別為34和28 mg/L。

  由飼養臺灣鯛搭配種植福山萵苣的試驗結果,分析系統的氮磷蓄積組成(圖3),發現飼料的原料、品質與粗蛋白含量會影響試驗魚的氮轉換率及排入水中的氮量,以試驗數據推估,魚隻可從攝入的飼料中吸收留存29%的氮,而萵苣可由養殖水耕系統再額外利用約10%的氮;在磷蓄積方面,魚體可吸收34%的飼料磷,植體則再蓄積5%的磷。換言之,養殖水耕可增加對投入系統中的氮磷利用,但由於萵苣等葉菜類屬低營養需求的植物,如種植其他對氮磷需求較高的植物,或是由系統生態多樣化的觀點導入其他物種,將可再提高系統的營養循環利用率。

参、結語

  養殖水耕是閉鎖循環的生產體系,與傳統農法和養殖方式相較,可減少農業廢棄物的產生和降低對環境的衝擊,並可透過植栽作物吸收同化養殖排放的有機肥份,有助於減低化學肥料的使用。研究顯示,養殖水耕比一般循環水養殖系統可減少97%的水中硝酸鹽的蓄積。由於系統用水有95%以上是循環使用,耗水量也遠少於大部分的水產養殖和農作方式,而且是在有限的土地空間裡同時生產水產品和農作物,規模可從小型庭院怡情自給自足,放大到可商業化生產。養殖和水耕的綜合經營,因為強調環境保育和資源永續利用而日受矚目,這種養魚不換水、種菜不施肥的概念,是充分運用生物資源和最小化環境影響的循環經濟生產模式。

圖1. 養殖水耕示意圖

圖1. 養殖水耕示意圖

圖2. 系統運作期間魚隻成長與作物收穫情形

圖2. 系統運作期間魚隻成長與作物收穫情形

圖3. 飼料投入系統的氮磷蓄積情形

圖3. 飼料投入系統的氮磷蓄積情形

 

 

 

 

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