本發(fā)明涉及魚菜共生種養(yǎng)殖的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種魚菜共生立體種養(yǎng)殖系統(tǒng)

背景技術(shù)：

魚菜共生是一種新型的復(fù)合耕作體系，它把循環(huán)水養(yǎng)殖與無土栽培兩種技術(shù)結(jié)合起來，通過巧妙的生態(tài)設(shè)計(jì)達(dá)到科學(xué)的協(xié)同共生，從而實(shí)現(xiàn)養(yǎng)魚不換水而無水質(zhì)憂患，種菜不施肥而正常成長(zhǎng)的生態(tài)共生效應(yīng)。

目前，魚菜共生種養(yǎng)殖系統(tǒng)大都是平面型的，單位可種植面積有限，對(duì)空間的利用率不高，現(xiàn)有的一些立體種植系統(tǒng)雖提高了種植面積，但立體種植裝置內(nèi)填滿了種植基質(zhì)，容易造成堵塞，水分和空氣不能很好地流通，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不能有效的分解利用。而且現(xiàn)有的魚菜共生種植系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理都采用先將養(yǎng)殖用水過濾分解后再提供給植物利用，機(jī)械地將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解環(huán)節(jié)和植物種植環(huán)節(jié)分開，不僅增加了用地面積，植物有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)缺素的癥狀。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供了一種魚菜共生立體種養(yǎng)殖系統(tǒng)，充分地利用了空間位置有效地提高了單位可種植面積，并且通過建立植物與微生物之間的互利共生關(guān)系，從而更加高效地利用養(yǎng)殖廢水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，有效地解決了植物缺素的問題，真正實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)魚不換水種菜不施肥。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種魚菜共生立體種養(yǎng)殖系統(tǒng)，包括養(yǎng)殖模塊、蓄水模塊、立體種植模塊、平面浮筏種植模塊和水循環(huán)裝置，水循環(huán)裝置包括水泵和循環(huán)管道；蓄水模塊、立體種植模塊、平面浮筏種植模塊、養(yǎng)殖模塊在豎直方向分別按上層、中層、下層、底層，四層分布，循環(huán)管道將養(yǎng)殖模塊、蓄水模塊、立體種植模塊、平面浮筏種植模塊、養(yǎng)殖模塊依次連接；養(yǎng)殖用水直接經(jīng)水泵從養(yǎng)殖模塊提升至蓄水模塊，再由蓄水模塊輸送到立體種植模塊中，經(jīng)立體種植模塊和平面浮筏種植模塊過濾吸收，最后由循環(huán)管道導(dǎo)流回養(yǎng)殖模塊，形成一個(gè)閉合循環(huán)；所述立體種植模塊由若干中通的管道結(jié)構(gòu)組成的立體種植裝置，管道結(jié)構(gòu)的外壁四周沿豎直方向設(shè)置至少有一列種植孔，種植孔貫穿管壁并且開口傾斜向上，每一個(gè)種植孔上配有一個(gè)種植籃用于固定所栽培植物；管道結(jié)構(gòu)內(nèi)部沿著內(nèi)壁固定至少一圈作為植物根系的附著物并用于過濾養(yǎng)殖用水以培養(yǎng)微生物的生化過濾棉。

所述平面浮筏種植模塊包括若干深水浮筏栽培床和搭在栽培床頂部邊沿上的浮板，栽培床底部的出水口設(shè)置有溢流管，浮板與栽培床最高水位之間留一層空氣層。

所述養(yǎng)殖模塊由養(yǎng)殖池和集污池組成，養(yǎng)殖池底部朝中央向下傾斜，形成漏斗式的底面，養(yǎng)殖池和集污池的底部和上部分別由下部管道和上部管道連通，正常運(yùn)行時(shí)養(yǎng)殖池能自動(dòng)將殘餌糞便以及上層浮膜通過下部管道和上部管道聚集到集污池。

所述蓄水模塊為安裝有虹吸供水管和溢流管的高位蓄水池。

所述管道結(jié)構(gòu)的外壁四周沿豎直方向設(shè)置至少有兩列種植孔，相鄰的兩列種植孔之間呈交錯(cuò)排列。

本發(fā)明的有益效果是：充分利用空間位置，有效地提高了單位可種植面積，有效解決了植物缺素的問題，真正實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)魚不換水種菜不施肥。

附圖說明

圖1是本發(fā)明魚菜共生立體種養(yǎng)殖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明立體種植裝置立體圖；

圖3是本發(fā)明栽培床立體圖；

圖4是本發(fā)明本栽培床結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的原理圖；

圖6是本發(fā)明的系統(tǒng)在建立之初水體中總氨氮的變化曲線；

圖7是本發(fā)明的系統(tǒng)在建立之初水體中亞硝酸態(tài)氮的變化曲線；

圖8是本發(fā)明的系統(tǒng)在建立之初水體中硝酸態(tài)氮的變化曲線；

圖9是本發(fā)明的系統(tǒng)在建立之初水體中總氮的積累情況變化曲線；

圖10是本發(fā)明的系統(tǒng)在建立之初水體中總磷的積累情況變化曲線。

圖中：1-養(yǎng)殖模塊，2-蓄水模塊，3-立體種植模塊，4-平面浮筏種植模塊，11-養(yǎng)殖池，12-集污池，13-下部管道，14-上部管道，21-虹吸供水管，22-溢流結(jié)構(gòu)，31-立體種植裝置，32-種植孔，33-種植籃，34-栽培的植物，35-生化過濾棉，41-深水浮筏栽培床，42-溢流管，43-浮板，44-水泵。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：

如圖1-4所示，本發(fā)明的魚菜共生立體種養(yǎng)殖系統(tǒng)，包括養(yǎng)殖模塊1、蓄水模塊2、立體種植模塊3、平面浮筏種植模塊4和水循環(huán)裝置，水循環(huán)裝置包括水泵44和循環(huán)管道；蓄水模塊2、立體種植模塊3、平面浮筏種植模塊4、養(yǎng)殖模塊1在豎直方向分別按上層、中層、下層、底層，四層分布，循環(huán)管道將養(yǎng)殖模塊1、蓄水模塊2、立體種植模塊3、平面浮筏種植模塊4、養(yǎng)殖模塊1依次連接；養(yǎng)殖用水直接經(jīng)水泵44從養(yǎng)殖模塊1提升至蓄水模塊2，再由蓄水模塊2輸送到立體種植模塊3中，經(jīng)立體種植模塊3和平面浮筏種植模塊4過濾吸收，最后由循環(huán)管道導(dǎo)流回養(yǎng)殖模塊1，形成一個(gè)閉合循環(huán)；所述立體種植模塊3由若干中通的管道結(jié)構(gòu)31組成的立體種植裝置，管道結(jié)構(gòu)31的外壁四周沿豎直方向設(shè)置至少有一列種植孔32，種植孔貫穿管壁并且開口傾斜向上，每一個(gè)種植孔上配有一個(gè)種植籃33用于固定所栽培植物34；管道結(jié)構(gòu)31內(nèi)部沿著內(nèi)壁固定至少一圈作為植物根系的附著物并用于過濾養(yǎng)殖用水以培養(yǎng)微生物的生化過濾棉35。

所述平面浮筏種植模塊4包括若干深水浮筏栽培床41和搭在栽培床41頂部邊沿上的浮板43，栽培床底部的出水口設(shè)置有溢流管42，浮板與栽培床最高水位之間留一層空氣層。

所述養(yǎng)殖模塊1由養(yǎng)殖池11和集污池12組成，養(yǎng)殖池11底部朝中央向下傾斜，形成漏斗式的底面，養(yǎng)殖池11和集污池12的底部和上部分別由下部管道13和上部管道14連通，正常運(yùn)行時(shí)養(yǎng)殖池11能自動(dòng)將殘餌糞便以及上層浮膜通過下部管道13和上部管道14聚集到集污池12。

所述蓄水模塊2為安裝有虹吸供水管21和溢流管22的高位蓄水池。

所述管道結(jié)構(gòu)31的外壁四周沿豎直方向設(shè)置至少有兩列種植孔32，相鄰的兩列種植孔之間呈交錯(cuò)排列。

具體說明如下：

養(yǎng)殖模塊由養(yǎng)殖池和集污池組成，養(yǎng)殖池底部朝中央向下傾斜，形成漏斗式的底面，在養(yǎng)殖過程中，隨著殘餌糞便和上層浮膜的增多會(huì)影響其觀賞效果。養(yǎng)殖池和集污池的這一組合在運(yùn)行時(shí)能自動(dòng)將殘餌糞便以及上層浮膜聚集到集污池，使養(yǎng)殖池的池水始終保持清澈透明。

蓄水模塊為安裝有虹吸結(jié)構(gòu)和溢流的高位蓄水池，常用的虹吸結(jié)構(gòu)有鐘罩式虹吸，倒u形虹吸等，其原理都是先將虹吸管內(nèi)的氣體排出，在虹吸管內(nèi)部形成真空，在外部大氣壓和虹吸管內(nèi)部負(fù)壓的作用下高位管口的水被吸進(jìn)最高點(diǎn)，從而使水源源不斷地流入低位容器，隨著水位的下降達(dá)到虹吸管控制的最低水位時(shí)，虹吸管底部進(jìn)入空氣，虹吸斷開，等水位再次上升到高位管口時(shí)虹吸會(huì)再次啟動(dòng)，兩次虹吸之間間隔一段時(shí)間。蓄水池中的水被分流到立體種植裝置時(shí)需要有較大的水壓，虹吸結(jié)構(gòu)能夠控制蓄水池中的水位在某一個(gè)特定高度，起到一個(gè)暫時(shí)儲(chǔ)存養(yǎng)殖用水以形成水壓的作用，同時(shí)虹吸的間斷供水還會(huì)給基質(zhì)中帶入更多的氧氣。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，集污池中的水不經(jīng)過濾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時(shí)就會(huì)觸發(fā)虹吸的啟動(dòng)，在水壓的作用下形成強(qiáng)大的水流，再被循環(huán)管道分流到立體種植裝置中。

立體種植模塊為若干中通的管道結(jié)構(gòu)組成的立體種植裝置，管道結(jié)構(gòu)的外壁四周沿豎直方向設(shè)置至少有一列種植孔，相鄰的兩列種植孔之間呈交錯(cuò)拍列，種植孔貫穿管壁并且開口傾斜向上，每一個(gè)種植孔上配有一個(gè)種植籃用于固定所栽培植物。管道結(jié)構(gòu)內(nèi)部沿著內(nèi)壁固定至少一圈生化過濾棉，使生化過濾棉與管道形成管中套管的中通結(jié)構(gòu)，生化過濾棉用于過濾養(yǎng)殖用水以培養(yǎng)微生物，同時(shí)植物的根系穿過種植籃子依附在生化過濾棉上，與微生物群落之間形成局部的小生態(tài)。立體種植裝置充分利用了空間位置，實(shí)現(xiàn)了單位的最大可種植面積，中通的結(jié)構(gòu)有利于水分和空氣的流通，為需氧微生物和植物根系提供了充足的氧氣，并且通過建立起植物與微生物之間的互利共生關(guān)系從而有效利用了養(yǎng)殖廢水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，真正實(shí)現(xiàn)養(yǎng)魚不換水種菜不施肥。

蓄水模塊和立體種植模塊通過循環(huán)管道連接。與蓄水池連接的管道上連有多個(gè)分流小管道，分流小管道和立體種植裝置一一對(duì)應(yīng)，經(jīng)虹吸排出的養(yǎng)殖用水經(jīng)循環(huán)管道分流到每一個(gè)立體種植裝置。

平面浮筏種植模塊由若干深水浮筏栽培床構(gòu)成，栽培床的出水口設(shè)置為溢流結(jié)構(gòu)；與傳統(tǒng)uvi栽培模式有所不同的是，在該系統(tǒng)中流入栽培床的養(yǎng)殖用水不經(jīng)處理且浮板的寬度寬于栽培床寬度，使浮板放于栽培床時(shí)能夠架在栽培床的兩端從而使浮板能夠高于栽培床的最高水位以便在浮板與栽培床水面之間留一層空氣層。溢流結(jié)構(gòu)的設(shè)置能夠維持栽培床的水位在某一高度，并將循環(huán)水體中的殘?jiān)冀亓粼谠耘啻驳牡撞啃纬筛迟|(zhì)層，腐殖質(zhì)中包含有許多不同種類的微生物，在穩(wěn)定水質(zhì)方面起著重要的作用，同時(shí)腐殖質(zhì)作為水體中營(yíng)養(yǎng)元素的儲(chǔ)存庫能給栽培的浮床植物提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從而避免了浮床栽培缺素的發(fā)生；空氣層的設(shè)置增加了水面與空氣的接觸面積增加了水體中的溶氧，同時(shí)還能給植物根系提供氧氣。同時(shí)隨著植物根系不斷拓展，根系展開提供的巨大表面積又給微生物的生長(zhǎng)提供了附著面，植物也能依靠微生物得到需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過植物與微生物之間的這種協(xié)調(diào)共生作用達(dá)到了魚，植物，微生物的協(xié)同共生。

立體種植模塊與平面浮筏種植模塊由循環(huán)管道連接，在立體種植管道下方安裝有回水集污管，養(yǎng)殖用水經(jīng)過立體種植模塊的過濾吸收后被再次匯入平面浮筏種植模塊進(jìn)行下一步的過濾吸收。

水循環(huán)裝置由水泵及循環(huán)管道組成；蓄水模塊、立體種植模塊、平面浮筏種植模塊，養(yǎng)殖模塊在豎直方向分別按上層、中層、下層、底層，呈四層分布；循環(huán)管道將養(yǎng)殖模塊、蓄水模塊、立體種植模塊、平面浮筏種植模塊依次連接。該系統(tǒng)的水循環(huán)路線為養(yǎng)殖模塊→蓄水模塊→立體種植模塊→平面浮筏種植模塊→養(yǎng)殖模塊。

在栽培床溢流管的出水口安裝回水管道，將由立體種植裝置過濾吸收后再經(jīng)栽培床進(jìn)一步過濾吸收的水統(tǒng)一匯合到養(yǎng)殖池。

養(yǎng)殖用水不經(jīng)過處理，直接經(jīng)水泵從集污池提升至蓄水池，再由蓄水池輸送到各立體種植裝置中，經(jīng)立體種植裝置進(jìn)行第一步過濾吸收后再輸送到栽培床進(jìn)一步過濾吸收，最后由循環(huán)管道導(dǎo)流回養(yǎng)殖池，形成一個(gè)閉合循環(huán)。將微生物對(duì)有機(jī)物質(zhì)的分解同植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)獲得吸收結(jié)合起來，不僅加快了物質(zhì)的循環(huán)，而且有效的避免的植物缺素，在魚菜共生的系統(tǒng)中植物所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)除c,h,o三種營(yíng)養(yǎng)元素來著水和二氧化碳外，其他的礦質(zhì)元素都來源于殘餌糞便的分解，與無機(jī)營(yíng)養(yǎng)液不同的是，有機(jī)物分解為植物所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，而且需要許多種微生物的參與。在有機(jī)物質(zhì)的氧化分解過程中起主要作用的是異養(yǎng)需氧和自養(yǎng)需氧型細(xì)菌以及一些真菌類，它們?cè)谶@個(gè)過程中扮演著重要的角色，它們?cè)谡麄€(gè)系統(tǒng)中耗氧量最大。另外與無機(jī)營(yíng)養(yǎng)液的不同之處還在于魚菜共生系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)方式；以鐵營(yíng)養(yǎng)的供應(yīng)為例：“能被植物直接利用有效鐵源為fe²⁺，在ph接近中性和氧氣充足的條件下，水體中有效鐵源的濃度幾乎為零，而無機(jī)營(yíng)養(yǎng)液采用了螯合鐵的形式來給植物提供鐵源，避免了鐵的氧化沉淀作用，因此在無機(jī)營(yíng)養(yǎng)液中有效鐵的含量很高；魚菜共生系統(tǒng)中鐵的來源需要借助微生物的作用，對(duì)于雙子葉和非禾本科的植物來說，在缺鐵脅迫下植物的根系會(huì)分泌大量物質(zhì)，這些物質(zhì)可以調(diào)節(jié)植物根際微生物的群落結(jié)構(gòu)朝著有利于根部環(huán)境中能分泌高鐵載體的微生物群落的生長(zhǎng)，而抑制了其他微生物的生長(zhǎng)，同時(shí)植物的根系分泌物能給這類微生物提供碳源，兩者之間各取所需?！痹撓到y(tǒng)通過建立起植物與微生物之間的互利共生關(guān)系從而有效利用了養(yǎng)殖廢水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，有效避免了缺素的發(fā)生，真正實(shí)現(xiàn)養(yǎng)魚不換水種菜不施肥。

如圖5所示，本發(fā)明的魚菜共生立體種養(yǎng)殖系統(tǒng)通過在空間位置給微生物和植物提供生長(zhǎng)介質(zhì)的方式將微生物對(duì)有機(jī)物物質(zhì)的分解同植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的獲得與吸收結(jié)合起來，不僅加快了系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)的循環(huán)，而且有效的解決了植物缺素的問題。微生物通過分解有機(jī)物為植物提供直接或者間接的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，植物的根系分泌物又調(diào)節(jié)植物根際微生物的群落結(jié)構(gòu)朝著有利于植物生長(zhǎng)的微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)展，而抑制了其他微生物的生長(zhǎng)，同時(shí)植物的根系分泌物能給這類微生物提供碳源，兩者之間各取所需?！蓖ㄟ^建立起植物與微生物之間的互利共生關(guān)系從而有效利用了養(yǎng)殖廢水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，有效避免了缺素的發(fā)生，真正實(shí)現(xiàn)養(yǎng)魚不換水種菜不施肥。

本發(fā)明的魚菜共生立體種養(yǎng)殖系統(tǒng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建立好之后需要構(gòu)建系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)(即建立系統(tǒng)內(nèi)部微生物多樣性)。以系統(tǒng)內(nèi)部的氮循環(huán)的構(gòu)建為例：在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組建在系統(tǒng)內(nèi)部投放含氮有機(jī)物然后打開循環(huán)系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的水循環(huán)將含氮有機(jī)物分散到系統(tǒng)的各個(gè)部位，在有機(jī)氮存在的情況下會(huì)誘導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)部促進(jìn)氮循環(huán)微生物的繁殖，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)系統(tǒng)內(nèi)部促進(jìn)氮循環(huán)的微生物結(jié)構(gòu)逐漸趨于穩(wěn)定。在系統(tǒng)建立之初與對(duì)照系統(tǒng)(只養(yǎng)魚，不種植植物)相比本發(fā)明所公開的魚菜共生立體種養(yǎng)殖系統(tǒng)水體中總氨氮、亞硝酸態(tài)氮、硝酸態(tài)氮的變化曲線(請(qǐng)參照?qǐng)D6-8所示)。與對(duì)照系統(tǒng)(只養(yǎng)魚，不種植植物)相比本發(fā)明所公開的魚菜共生立體種養(yǎng)殖系統(tǒng)水體中總氮總磷的積累(請(qǐng)參照?qǐng)D9-10所示)。

本發(fā)明的魚菜共生立體種養(yǎng)殖系統(tǒng)，使用前，需要事先建立系統(tǒng)的微生物多樣性，即在立體種植裝置的生化過濾棉上和栽培床的底部形成形成微生物群落，這是系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在，然后再陸續(xù)往養(yǎng)殖池內(nèi)投放養(yǎng)殖魚類和栽培植物，植物的栽培方式采用裸根法即在植物根部裹上海綿放入種植藍(lán)中然后再固定到立體栽培裝置和浮板上。

以上所述的實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點(diǎn)，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，不能僅以本實(shí)施例來限定本發(fā)明的專利范圍，即凡本發(fā)明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍落在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。