综述：全球不同气候区鱼菜共生系统经济可行性的荟萃分析评估

《Reviews in Aquaculture》：Economic Viability of Aquaponics Across Global Climate Zones: A Meta-Analytical Assessment

本综述通过荟萃分析评估了鱼菜共生（AP）和水培（HP）系统在不同气候区与配置下的经济可行性，发现热带气候区（如Aw、Am）因较低的能源与劳动力成本展现出更优的盈亏平衡价格、净回报与投资回收期；系统配置（耦合式与解耦式AP）对盈利性影响显著，但数据尚不均衡。作者开发了原型决策支持工具APECO，可整合气候、系统类型与生产参数进行经济预测，但需进一步实证验证。文章为优化鱼菜共生系统的区域适应性及经济可持续性提供了重要见解。

　　

在全球人口持续增长、生态足迹不断扩大的背景下，传统土壤农业面临水资源消耗大、耕地有限等挑战。鱼菜共生（Aquaponics, AP）作为一种将水产养殖（Aquaculture）与无土栽培（Hydroponics, HP）相结合的可持续农业生产系统，通过循环利用鱼类养殖废水为植物提供养分，可实现节水高达90%并适用于城市、乡村及干旱地区。尽管其环境效益显著，但高昂的初始投资成本与盈利性担忧限制了其商业化推广。本文通过荟萃分析，系统评估了不同全球气候区与系统配置对鱼菜共生系统经济可行性的影响，并引入一款数据驱动的辅助决策工具原型——APECO。

研究背景与目的

传统农业依赖土壤作为种植介质，需占用大量土地且消耗大量灌溉水与无机肥料。鱼菜共生系统通过微生物分解鱼类代谢废物为植物提供可吸收养分，形成闭环生产体系。然而，其在欧洲、澳大利亚等地的商业化进程受政策限制（如产品未被认证为有机产品）及经济可行性问题制约。现有研究多针对特定区域或规模，缺乏跨气候区、系统类型的综合经济比较。本研究旨在填补这一空白，通过荟萃分析：比较不同气候区与系统类型（耦合式/解耦式鱼菜共生、水培）的盈利性指标（如产量、净回报、收益成本比BCR、投资回收期）；分析关键生物物理与经济变量对盈利性的影响程度；开发APECO计算器原型，整合元数据预测经济产出。

材料与方法

研究通过Web of Science和Scopus数据库检索501篇文献，经筛选后纳入60篇进行数据提取。提取数据包括作物与鱼类年产量、生物参数（如气候区、系统类型、种植面积）、资本成本与运营成本。气候区根据 K?ppen-Geiger 分类法划分。经济指标如盈亏平衡价格（Breakeven price, USD/kg）通过总可变成本与单位面积产量计算。分析框架包括描述性统计、回归模型、主成分分析（PCA）、余弦相似性分析与决策树分类，以识别盈利性驱动因素。

结果概述

研究分布与气候区特征

约35%的经济可行性研究集中于热带草原气候（Aw），其次为温带海洋性气候（Cfb, 14.1%）与温带湿润气候（Cfa, 12.8%）。热带气候区（Aw、Am）因能源与劳动力成本较低，在盈亏平衡价格、净回报与投资回收期方面表现优于温带地区。但数据集存在不平衡，Aw区数据占比过高，其他气候区数据稀疏。生菜（Lactuca sativa）为最常研究的作物（23.4%），尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）为鱼菜共生系统主要鱼类（44%）。

产量与盈利性跨区比较

生菜年产量最高记录于夏干炎热气候（CSa，74.3 ± 18.2 kg/m²），热带Aw区为57.5 ± 75.4 kg/m²，温带Dfa区仅14 ± 0.0 kg/m²。番茄产量在Cfa区最高（136.0 ± 76.3 kg/m²）。收益成本比（BCR）在冷温带Dfb区最高（2.1 ± 0.03），温带Cfb区最低（0.5 ± 0.26）。耦合式鱼菜共生BCR（1.3 ± 0.45）低于水培系统（1.7 ± 1.2）。投资回收期在热带Aw区最短（1.54 ± 1.2年），温带Cfb区最长（15 ± 10.44年）。解耦式鱼菜共生因样本量小（仅占数据集9%），其较长回收期（7.9 ± 0.3年）需谨慎解读。

盈利性驱动因素分析

植物收入与鱼类收入对净回报呈强正相关（标准化系数近+1），运营成本（尤其是劳动力与能源成本）则呈负相关（系数近-1）。PCA显示，耦合式系统方差主要受能源成本（17.7%）、总可变成本（16%）与植物收入（11.8%）驱动；解耦式系统受植物收入（17.4%）与总收益（16.9%）影响显著。决策树分析表明，耦合系统中鱼类产量≤102.2 kg/m³时多不盈利，>811.4 kg/m³时盈利性高；总收益阈值（459 USD/m²）与植物产量（≤28.8 kg/m²）为关键分类节点。

成本结构差异

劳动力成本在鱼菜共生系统中占总可变成本39%（水培系统为54%），温带气候区能源成本占比（30%~33.5%）显著高于热带区（10%~11.5%）。热带区饲料成本占比最高（如Am区达59.5%），而温带区劳动力成本主导（如Cfb区占55%）。盈亏平衡价格比较显示，菲律宾、巴西、乌干达等热带国家生菜市场价格高于盈亏平衡价，而美国、比利时等温带国家则存在负利润空间。

APECO工具开发

APECO作为Excel原型工具，整合气候区、系统类型、作物/鱼类物种等参数，通过内置查询表预测产量与收益，输出盈利性分类及盈亏平衡价格。该工具尚未经实地数据验证，目前仅包含运营成本，未纳入资本成本，其输出结果应视为示意性参考。

讨论与展望

热带气候区因环境条件适宜、成本较低，展现出较优经济潜力，但技术知识不足、初始投资高、电力不稳定等障碍限制其推广。系统配置与生产策略（如低成本基础系统 vs. 高技术控制环境）对经济性的影响可能超越气候因素。提高产量（而非依赖价格波动）是提升盈利性的更可控杠杆。未来需通过自动化技术（如IoT、机器人）降低劳动力成本，并开展大规模实证研究验证气候与配置的交互效应。APECO工具有望通过动态数据整合与资本成本纳入，发展为支持投资者决策的实用平台。

结论

鱼菜共生系统经济可行性受气候区、系统配置、产量与成本结构共同影响。热带气候区在成本效益上具优势，但数据不平衡要求审慎解读。植物收入、鱼类产量与运营成本为关键盈利性驱动因素。APECO工具为经济风险评估提供了初步框架，其完善与验证将助力全球可持续食物生产的区域化优化。