一种鱼菜共生立体种养殖系统的制作方法

本发明涉及鱼菜共生种养殖的技术领域，具体涉及一种鱼菜共生立体种养殖系统

背景技术：

鱼菜共生是一种新型的复合耕作体系，它把循环水养殖与无土栽培两种技术结合起来，通过巧妙的生态设计达到科学的协同共生，从而实现养鱼不换水而无水质忧患，种菜不施肥而正常成长的生态共生效应。

目前，鱼菜共生种养殖系统大都是平面型的，单位可种植面积有限，对空间的利用率不高，现有的一些立体种植系统虽提高了种植面积，但立体种植装置内填满了种植基质，容易造成堵塞，水分和空气不能很好地流通，营养物质不能有效的分解利用。而且现有的鱼菜共生种植系统设计原理都采用先将养殖用水过滤分解后再提供给植物利用，机械地将营养物质的分解环节和植物种植环节分开，不仅增加了用地面积，植物有时还会出现缺素的症状。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供了一种鱼菜共生立体种养殖系统，充分地利用了空间位置有效地提高了单位可种植面积，并且通过建立植物与微生物之间的互利共生关系，从而更加高效地利用养殖废水中的营养物质，有效地解决了植物缺素的问题，真正实现了养鱼不换水种菜不施肥。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种鱼菜共生立体种养殖系统，包括养殖模块、蓄水模块、立体种植模块、平面浮筏种植模块和水循环装置，水循环装置包括水泵和循环管道；蓄水模块、立体种植模块、平面浮筏种植模块、养殖模块在竖直方向分别按上层、中层、下层、底层，四层分布，循环管道将养殖模块、蓄水模块、立体种植模块、平面浮筏种植模块、养殖模块依次连接；养殖用水直接经水泵从养殖模块提升至蓄水模块，再由蓄水模块输送到立体种植模块中，经立体种植模块和平面浮筏种植模块过滤吸收，最后由循环管道导流回养殖模块，形成一个闭合循环；所述立体种植模块由若干中通的管道结构组成的立体种植装置，管道结构的外壁四周沿竖直方向设置至少有一列种植孔，种植孔贯穿管壁并且开口倾斜向上，每一个种植孔上配有一个种植篮用于固定所栽培植物；管道结构内部沿着内壁固定至少一圈作为植物根系的附着物并用于过滤养殖用水以培养微生物的生化过滤棉。

所述平面浮筏种植模块包括若干深水浮筏栽培床和搭在栽培床顶部边沿上的浮板，栽培床底部的出水口设置有溢流管，浮板与栽培床最高水位之间留一层空气层。

所述养殖模块由养殖池和集污池组成，养殖池底部朝中央向下倾斜，形成漏斗式的底面，养殖池和集污池的底部和上部分别由下部管道和上部管道连通，正常运行时养殖池能自动将残饵粪便以及上层浮膜通过下部管道和上部管道聚集到集污池。

所述蓄水模块为安装有虹吸供水管和溢流管的高位蓄水池。

所述管道结构的外壁四周沿竖直方向设置至少有两列种植孔，相邻的两列种植孔之间呈交错排列。

本发明的有益效果是：充分利用空间位置，有效地提高了单位可种植面积，有效解决了植物缺素的问题，真正实现了养鱼不换水种菜不施肥。

附图说明

图1是本发明鱼菜共生立体种养殖系统的结构示意图；

图2是本发明立体种植装置立体图；

图3是本发明栽培床立体图；

图4是本发明本栽培床结构示意图；

图5是本发明的原理图；

图6是本发明的系统在建立之初水体中总氨氮的变化曲线；

图7是本发明的系统在建立之初水体中亚硝酸态氮的变化曲线；

图8是本发明的系统在建立之初水体中硝酸态氮的变化曲线；

图9是本发明的系统在建立之初水体中总氮的积累情况变化曲线；

图10是本发明的系统在建立之初水体中总磷的积累情况变化曲线。

图中：1-养殖模块，2-蓄水模块，3-立体种植模块，4-平面浮筏种植模块，11-养殖池，12-集污池，13-下部管道，14-上部管道，21-虹吸供水管，22-溢流结构，31-立体种植装置，32-种植孔，33-种植篮，34-栽培的植物，35-生化过滤棉，41-深水浮筏栽培床，42-溢流管，43-浮板，44-水泵。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

如图1-4所示，本发明的鱼菜共生立体种养殖系统，包括养殖模块1、蓄水模块2、立体种植模块3、平面浮筏种植模块4和水循环装置，水循环装置包括水泵44和循环管道；蓄水模块2、立体种植模块3、平面浮筏种植模块4、养殖模块1在竖直方向分别按上层、中层、下层、底层，四层分布，循环管道将养殖模块1、蓄水模块2、立体种植模块3、平面浮筏种植模块4、养殖模块1依次连接；养殖用水直接经水泵44从养殖模块1提升至蓄水模块2，再由蓄水模块2输送到立体种植模块3中，经立体种植模块3和平面浮筏种植模块4过滤吸收，最后由循环管道导流回养殖模块1，形成一个闭合循环；所述立体种植模块3由若干中通的管道结构31组成的立体种植装置，管道结构31的外壁四周沿竖直方向设置至少有一列种植孔32，种植孔贯穿管壁并且开口倾斜向上，每一个种植孔上配有一个种植篮33用于固定所栽培植物34；管道结构31内部沿着内壁固定至少一圈作为植物根系的附着物并用于过滤养殖用水以培养微生物的生化过滤棉35。

所述平面浮筏种植模块4包括若干深水浮筏栽培床41和搭在栽培床41顶部边沿上的浮板43，栽培床底部的出水口设置有溢流管42，浮板与栽培床最高水位之间留一层空气层。

所述养殖模块1由养殖池11和集污池12组成，养殖池11底部朝中央向下倾斜，形成漏斗式的底面，养殖池11和集污池12的底部和上部分别由下部管道13和上部管道14连通，正常运行时养殖池11能自动将残饵粪便以及上层浮膜通过下部管道13和上部管道14聚集到集污池12。

所述蓄水模块2为安装有虹吸供水管21和溢流管22的高位蓄水池。

所述管道结构31的外壁四周沿竖直方向设置至少有两列种植孔32，相邻的两列种植孔之间呈交错排列。

具体说明如下：

养殖模块由养殖池和集污池组成，养殖池底部朝中央向下倾斜，形成漏斗式的底面，在养殖过程中，随着残饵粪便和上层浮膜的增多会影响其观赏效果。养殖池和集污池的这一组合在运行时能自动将残饵粪便以及上层浮膜聚集到集污池，使养殖池的池水始终保持清澈透明。

蓄水模块为安装有虹吸结构和溢流的高位蓄水池，常用的虹吸结构有钟罩式虹吸，倒u形虹吸等，其原理都是先将虹吸管内的气体排出，在虹吸管内部形成真空，在外部大气压和虹吸管内部负压的作用下高位管口的水被吸进最高点，从而使水源源不断地流入低位容器，随着水位的下降达到虹吸管控制的最低水位时，虹吸管底部进入空气，虹吸断开，等水位再次上升到高位管口时虹吸会再次启动，两次虹吸之间间隔一段时间。蓄水池中的水被分流到立体种植装置时需要有较大的水压，虹吸结构能够控制蓄水池中的水位在某一个特定高度，起到一个暂时储存养殖用水以形成水压的作用，同时虹吸的间断供水还会给基质中带入更多的氧气。系统运行时，集污池中的水不经过滤直接由水泵提升至蓄水池中，水位上升到虹吸控制的最高水位时就会触发虹吸的启动，在水压的作用下形成强大的水流，再被循环管道分流到立体种植装置中。

立体种植模块为若干中通的管道结构组成的立体种植装置，管道结构的外壁四周沿竖直方向设置至少有一列种植孔，相邻的两列种植孔之间呈交错拍列，种植孔贯穿管壁并且开口倾斜向上，每一个种植孔上配有一个种植篮用于固定所栽培植物。管道结构内部沿着内壁固定至少一圈生化过滤棉，使生化过滤棉与管道形成管中套管的中通结构，生化过滤棉用于过滤养殖用水以培养微生物，同时植物的根系穿过种植篮子依附在生化过滤棉上，与微生物群落之间形成局部的小生态。立体种植装置充分利用了空间位置，实现了单位的最大可种植面积，中通的结构有利于水分和空气的流通，为需氧微生物和植物根系提供了充足的氧气，并且通过建立起植物与微生物之间的互利共生关系从而有效利用了养殖废水中的营养物质，真正实现养鱼不换水种菜不施肥。

蓄水模块和立体种植模块通过循环管道连接。与蓄水池连接的管道上连有多个分流小管道，分流小管道和立体种植装置一一对应，经虹吸排出的养殖用水经循环管道分流到每一个立体种植装置。

平面浮筏种植模块由若干深水浮筏栽培床构成，栽培床的出水口设置为溢流结构；与传统uvi栽培模式有所不同的是，在该系统中流入栽培床的养殖用水不经处理且浮板的宽度宽于栽培床宽度，使浮板放于栽培床时能够架在栽培床的两端从而使浮板能够高于栽培床的最高水位以便在浮板与栽培床水面之间留一层空气层。溢流结构的设置能够维持栽培床的水位在某一高度，并将循环水体中的残渣都截留在栽培床的底部形成腐殖质层，腐殖质中包含有许多不同种类的微生物，在稳定水质方面起着重要的作用，同时腐殖质作为水体中营养元素的储存库能给栽培的浮床植物提供营养物质从而避免了浮床栽培缺素的发生；空气层的设置增加了水面与空气的接触面积增加了水体中的溶氧，同时还能给植物根系提供氧气。同时随着植物根系不断拓展，根系展开提供的巨大表面积又给微生物的生长提供了附着面，植物也能依靠微生物得到需要的营养物质，通过植物与微生物之间的这种协调共生作用达到了鱼，植物，微生物的协同共生。

立体种植模块与平面浮筏种植模块由循环管道连接，在立体种植管道下方安装有回水集污管，养殖用水经过立体种植模块的过滤吸收后被再次汇入平面浮筏种植模块进行下一步的过滤吸收。

水循环装置由水泵及循环管道组成；蓄水模块、立体种植模块、平面浮筏种植模块，养殖模块在竖直方向分别按上层、中层、下层、底层，呈四层分布；循环管道将养殖模块、蓄水模块、立体种植模块、平面浮筏种植模块依次连接。该系统的水循环路线为养殖模块→蓄水模块→立体种植模块→平面浮筏种植模块→养殖模块。

在栽培床溢流管的出水口安装回水管道，将由立体种植装置过滤吸收后再经栽培床进一步过滤吸收的水统一汇合到养殖池。

养殖用水不经过处理，直接经水泵从集污池提升至蓄水池，再由蓄水池输送到各立体种植装置中，经立体种植装置进行第一步过滤吸收后再输送到栽培床进一步过滤吸收，最后由循环管道导流回养殖池，形成一个闭合循环。将微生物对有机物质的分解同植物对营养获得吸收结合起来，不仅加快了物质的循环，而且有效的避免的植物缺素，在鱼菜共生的系统中植物所需营养物质除c,h,o三种营养元素来着水和二氧化碳外，其他的矿质元素都来源于残饵粪便的分解，与无机营养液不同的是，有机物分解为植物所需的营养物质是一个漫长的过程，而且需要许多种微生物的参与。在有机物质的氧化分解过程中起主要作用的是异养需氧和自养需氧型细菌以及一些真菌类，它们在这个过程中扮演着重要的角色，它们在整个系统中耗氧量最大。另外与无机营养液的不同之处还在于鱼菜共生系统中营养物质的供应方式；以铁营养的供应为例：“能被植物直接利用有效铁源为fe²⁺，在ph接近中性和氧气充足的条件下，水体中有效铁源的浓度几乎为零，而无机营养液采用了螯合铁的形式来给植物提供铁源，避免了铁的氧化沉淀作用，因此在无机营养液中有效铁的含量很高；鱼菜共生系统中铁的来源需要借助微生物的作用，对于双子叶和非禾本科的植物来说，在缺铁胁迫下植物的根系会分泌大量物质，这些物质可以调节植物根际微生物的群落结构朝着有利于根部环境中能分泌高铁载体的微生物群落的生长，而抑制了其他微生物的生长，同时植物的根系分泌物能给这类微生物提供碳源，两者之间各取所需。”该系统通过建立起植物与微生物之间的互利共生关系从而有效利用了养殖废水中的营养物质，有效避免了缺素的发生，真正实现养鱼不换水种菜不施肥。

如图5所示，本发明的鱼菜共生立体种养殖系统通过在空间位置给微生物和植物提供生长介质的方式将微生物对有机物物质的分解同植物对营养的获得与吸收结合起来，不仅加快了系统内部物质的循环，而且有效的解决了植物缺素的问题。微生物通过分解有机物为植物提供直接或者间接的营养物质，植物的根系分泌物又调节植物根际微生物的群落结构朝着有利于植物生长的微生物群落结构发展，而抑制了其他微生物的生长，同时植物的根系分泌物能给这类微生物提供碳源，两者之间各取所需。”通过建立起植物与微生物之间的互利共生关系从而有效利用了养殖废水中的营养物质，有效避免了缺素的发生，真正实现养鱼不换水种菜不施肥。

本发明的鱼菜共生立体种养殖系统在系统结构建立好之后需要构建系统内部的物质循环系统(即建立系统内部微生物多样性)。以系统内部的氮循环的构建为例：在系统结构组建在系统内部投放含氮有机物然后打开循环系统，通过系统的水循环将含氮有机物分散到系统的各个部位，在有机氮存在的情况下会诱导系统内部促进氮循环微生物的繁殖，随着时间的延长系统内部促进氮循环的微生物结构逐渐趋于稳定。在系统建立之初与对照系统(只养鱼，不种植植物)相比本发明所公开的鱼菜共生立体种养殖系统水体中总氨氮、亚硝酸态氮、硝酸态氮的变化曲线(请参照图6-8所示)。与对照系统(只养鱼，不种植植物)相比本发明所公开的鱼菜共生立体种养殖系统水体中总氮总磷的积累(请参照图9-10所示)。

本发明的鱼菜共生立体种养殖系统，使用前，需要事先建立系统的微生物多样性，即在立体种植装置的生化过滤棉上和栽培床的底部形成形成微生物群落，这是系统能够稳定运行的关键所在，然后再陆续往养殖池内投放养殖鱼类和栽培植物，植物的栽培方式采用裸根法即在植物根部裹上海绵放入种植蓝中然后再固定到立体栽培装置和浮板上。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。