为了确保全球粮食安全,鱼菜共生技术应运而生。现代鱼菜共生系统结合了循环水养殖和水培系统,具有更高的营养利用率。然而鱼菜共生系统的重要问题之一是养殖为水中的养分浓度鱼植物的最佳养分浓度需求不匹配。现代数学建模和仿真技术为深入认识系统行为和实验设计提供了工具。氮是鱼菜系统中最重要的输入之一,因此对系统中氮素转化为产物的重要过程和可能的氮素损失过程进行了研究。养殖单元内饲料氮经鱼消化作用后随着鱼的新陈代谢成为鱼蛋白质和水中的固形物和可溶性氮;水处理单元内经物理过滤和生化过滤后,固形物被去除,可溶性氮几乎都转化为硝酸盐形式;种植单元内植物吸收硝酸盐氮,经新陈代谢成为植物蛋白。以系统内上述氮迁移过程进行了模型构建,假设饲料为唯一氮源。在养殖单元模型中以鱼的生长模型为基础,探讨了影响鱼生长的环境因素,如水温、溶解氧、非离子氨浓度、生化需氧量等,将环境影响由乘积函数表示从而得到氮在鱼体内的积累量。对鱼的排泄则以二阶脉冲模型为基础,根据物质分布矩阵获得养殖单元的各含氮物质的输出量。本文假设所有固形物都被物理滤除以简化模型,专注于水处理单元的生化过滤,由于水处理工艺中各反应过程的相似性,本文选择活性淤泥模型作为基础,加入氧化亚氮生成反应过程,根据鱼菜共生系统中的实际参数进行了优化,从而构建了水处理单元模型。种植单元以生菜生长模型为基础,考虑了光照、气温的影响,并根据植物生长的氮吸收规律构建了单株菜吸收模型,在此基础上进一步构建了随种植时间开闭而模拟交错种植的种植床模型。最后将三个单元模型耦合连接,构建了完整的鱼菜共生系统。借助Matlab/Simulink平台,根据上述模型鱼菜共生系统模型进行了可视化编程和仿真。仿真结果表明,初始50g罗非鱼经180天养殖后到达650g,特定生长率（SGR）为1.42%,期间能够种植6个周期生菜。模型能正确模拟养殖单元持续的高氮浓度对鱼的胁迫作用;水处理单元能快速将氨氮、亚硝酸盐氮等形式氮转化为硝酸盐氮;改进后的种植床单株生长与氮吸收与预期一致。最后,仿真实验表明鱼的放养尾数和菜的种植株数最佳比例为1:6,最佳种植密度为30株/m2,而以15天为间隔进行交错种植可使得系统达到氮平衡,经济性最佳。