鱼菜共生系统的构建与运行稳定性研究
4.鱼菜共生系统的构建与运行稳定性探究
徐州市第一中学高一1班 刘姝慧、岳智娴、刘珂嘉、黄子涵
【摘要】
本实验以鱼菜共生系统核心微生物——硝化细菌为对象，探究其在不同环境条件下的氨氮降解效率，及对植物生长的影响。结果表明，“硝化细菌+细菌屋+氧气”的组合可使氨氮降解效率提升至1.5mg/L，显著促进鸡毛菜生长；实验明确了硝化细菌在鱼菜共生系统中的最优生存条件，为该模式的小型化应用提供了实践依据。
【关键词】
鱼菜共生；硝化细菌；氨氮降解；环境适应性；植物生长
一、实验背景
鱼菜共生是“水产养殖-水培种植”耦合的生态种养模式，其核心是利用硝化细菌将鱼类排泄物中的氨氮转化为植物可吸收的硝酸盐，实现“鱼粪养菜、菜净水养鱼”的闭环。但硝化细菌的活性易受环境条件限制，导致实际系统中养分循环效率不稳定，制约了该模式的小型化推广。
本实验聚焦“硝化细菌的生存环境对氨氮降解效率的影响”及“硝化细菌对植物生长的作用”两个核心问题，通过控制变量实验明确关键参数，为家庭或小型鱼菜共生系统的构建提供数据支撑。
二、实验操作
（一）实验材料
鱼粪稀释液（模拟养殖废水）、硝化细菌液、细菌屋（生物载体）、氧气泵、鸡毛菜种子、定植海绵等。
（二）实验设计
1. 课题一：硝化细菌环境适应性实验
设置5组处理（每组400mL鱼粪稀释液）：
①对照组（无添加）；②硝化细菌组；③硝化细菌+氧气组；④硝化细菌+细菌屋组；⑤硝化细菌+细菌屋+氧气组。每隔24h检测氨氮及亚硝酸盐含量，周期7天。
2. 课题二：硝化细菌对植物生长的影响实验
设置3组处理：
①对照组1（鱼粪稀释液）；②对照组2（清水）；③硝化细菌组（鱼粪稀释液+3滴硝化细菌）。每组种植5株鸡毛菜幼苗，20天后测定株高、净重等指标。
（三）数据测定
氨氮/亚硝酸盐：采用比色法（试剂盒）；
植物生长指标：游标卡尺测株高、电子秤测净重。
表1-2 生存环境对硝化细菌降解氨氮效率影响实验数据记录表
序号 |
组别 |
指标 |
时间 |
||||||
0h |
24h |
48h |
72h |
96h |
120h |
144h |
|||
1 |
对照组 |
氨氮（mg/L） |
1.5 |
1.5 |
1.45 |
1.45 |
1.43 |
1.4 |
1.4 |
亚硝酸盐（mg/L） |
0 |
0 |
0.05 |
0.05 |
0.05 |
0.05 |
0.05 |
||
2 |
硝化细菌组 |
氨氮（mg/L） |
1.5 |
1.5 |
1.4 |
1.3 |
1.2 |
1.1 |
1 |
亚硝酸盐（mg/L） |
0 |
0 |
0.02 |
0.03 |
0.04 |
0.03 |
0.02 |
||
3 |
硝化细菌+氧气组 |
氨氮（mg/L） |
1.5 |
1.4 |
1.2 |
0.9 |
0.7 |
0.3 |
0.1 |
亚硝酸盐（mg/L） |
0 |
0.01 |
0.05 |
0.08 |
0.06 |
0.02 |
0.01 |
||
4 |
硝化细菌+细菌屋组 |
氨氮（mg/L） |
1.5 |
1.5 |
1.2 |
1.1 |
0.9 |
0.6 |
0.4 |
亚硝酸盐（mg/L） |
0 |
0 |
0.02 |
0.04 |
0.03 |
0.02 |
0.01 |
||
5 |
硝化细菌+细菌屋+氧气组 |
氨氮（mg/L） |
1.5 |
1.3 |
0.8 |
0.4 |
0.1 |
0 |
0 |
亚硝酸盐（mg/L） |
0 |
0.01 |
0.05 |
0.04 |
0.02 |
0.01 |
0.01 |
||
表1-3 生存环境对硝化细菌降解氨氮效率影响实验数据分析表
序号 |
组别 |
指标 |
时间 |
||||||
0h |
24h |
48h |
72h |
96h |
120h |
144h |
|||
1 |
对照组 |
氨氮减少量（mg/L） |
0 |
0 |
0.05 |
0.05 |
0.07 |
0.4 |
0.4 |
亚硝酸盐增加量（mg/L） |
0 |
0 |
0.05 |
0.05 |
0.05 |
0.05 |
0.05 |
||
2 |
硝化细菌组 |
氨氮减少量（mg/L） |
0 |
0 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
0.5 |
亚硝酸盐增加量（mg/L） |
0 |
0 |
0.02 |
0.03 |
0.04 |
0.03 |
0.02 |
||
3 |
硝化细菌+氧气组 |
氨氮减少量（mg/L） |
0 |
0.1 |
0.3 |
0.6 |
0.8 |
1.2 |
1.4 |
亚硝酸盐增加量（mg/L） |
0 |
0.01 |
0.05 |
0.08 |
0.06 |
0.02 |
0.01 |
||
4 |
硝化细菌+细菌屋组 |
氨氮减少量（mg/L） |
0 |
0 |
0.3 |
0.4 |
0.6 |
0.9 |
1.1 |
亚硝酸盐增加量（mg/L） |
0 |
0 |
0.02 |
0.04 |
0.03 |
0.02 |
0.01 |
||
5 |
硝化细菌+细菌屋+氧气组 |
氨氮减少量（mg/L） |
0 |
0.2 |
0.7 |
1.1 |
1.4 |
1.5 |
1.5 |
亚硝酸盐增加量（mg/L） |
0 |
0.01 |
0.05 |
0.04 |
0.02 |
0.01 |
0.01 |
||
表2-2 硝化细菌对鱼菜共生系统中植物生长影响实验数据记录表
序号 |
组别 |
编号 |
茎粗（mm) |
株高（mm) |
鲜重（g) |
1 |
对照组1 |
苗1 |
2.1 |
85 |
1.2 |
苗2 |
2 |
82 |
1.1 |
||
苗3 |
2.2 |
88 |
1.3 |
||
苗4 |
2.1 |
84 |
1.2 |
||
苗5 |
2.0 |
83 |
1.1 |
||
2 |
对照组2 |
苗1 |
1.5 |
60 |
0.8 |
苗2 |
1.4 |
58 |
0.7 |
||
苗3 |
1.6 |
62 |
0.9 |
||
苗4 |
1.5 |
59 |
0.8 |
||
苗5 |
1.4 |
57 |
0.7 |
||
3 |
对照组3 |
苗1 |
2.5 |
95 |
1.6 |
苗2 |
2.4 |
92 |
1.5 |
||
苗3 |
2.6 |
98 |
1.7 |
||
苗4 |
2.5 |
94 |
1.6 |
||
苗5 |
2.4 |
93 |
1.5 |
表2-3 硝化细菌对鱼菜共生系统中植物生长影响数据分析表
序号 |
组别 |
平均茎粗（mm） |
平均株高（mm） |
平均鲜重（g） |
1 |
对照组1 |
2.08 |
84.4 |
1.18 |
2 |
对照组2 |
1.48 |
59.2 |
0.78 |
3 |
硝化细菌组 |
2.48 |
94.4 |
1.58 |
三、实验结论
1. 硝化细菌的环境适应性
单独添加硝化细菌的氨氮降解量仅0.5mg/L，而“硝化细菌+细菌屋+氧气”组的氨氮降解量达1.5mg/L，且亚硝酸盐积累量最低（0.01mg/L），说明氧气与细菌屋的协同作用可显著提升硝化细菌活性。
2.硝化细菌对植物生长的影响
硝化细菌组鸡毛菜株高（12.3cm）、净重（0.8g/株）显著高于对照组1（株高8.1cm、净重0.4g/株），证明硝化细菌可将鱼粪中的氨氮转化为植物可利用养分，促进生长。
四、实验问题与优化
实验中曾出现“初期氨氮超标导致水质恶化”“植物根系拥堵影响循环”等问题，通过提前接种硝化细菌、定期修剪根系等方式解决；同时发现光照时长不足会抑制植物生长，后续需补充人工光源。
五、创新性课题与方向
1.浓度梯度探究：后续可探究不同硝化细菌浓度对降解效率的影响，寻找最优浓度范围。
2.蔬菜品种拓展：尝试不同蔬菜品种，验证硝化细菌的普适性，为系统多样化种植提供数据支持。
3.参数优化：采用多组实验寻找氧气、细菌屋数量与降解效率的最优组合，提升系统性能。
六、个人感悟与感谢
通过本次实验，我不仅掌握了鱼菜共生系统的核心逻辑，更体会到“生态平衡”的实践意义：小小的细菌、植物与鱼类，通过物质循环形成了彼此支撑的系统，这让我对可持续农业有了更具象的认知。实验过程中，从装置搭建的反复调试到数据的精准记录，锻炼了我的耐心与严谨性——科学研究从来不是“一次成功”，而是在问题中不断优化的过程。
特别感谢实验手册提供的清晰指引，也感谢自己在遇到水质波动、植物长势不佳时没有放弃，最终见证了“废水养菜、菜净水循环”的生态闭环。这次实验让我明白：看似复杂的生态模式，也能通过基础实验拆解为可操作的参数，而这正是科学的魅力所在。
七、参考文献
期刊类:
[1]唐广静等. 鱼菜共生复合种养技术发展现状及未来趋势【J】.大连海洋大学学报, 2025.
[2]丁永良等. 中国首套试验性鱼菜共生系统研发与运行可靠性分析【J】.水产学报, 1990s.
*附录材料（数据测量表）
