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关键词:投饵机;水产养殖;自动投饲;智能控制
改革开放以来,我国水产养殖业发展迅猛。随着养殖规模的扩大,人工投饲的不足逐渐凸显出来,例如工作量大、效率低、抛撒不均匀,而且受人体力、环境、天气等因素影响大等。这些因素影响养殖对象的正常生长,增加了养殖成本[1]。因此,大力推广自动投饵机的使用是解放养殖者劳动力、节省时间、减少饲料浪费、提高经济效益的重要举措。国内投饵机的研发始于上世纪80年代,随即被投入使用[2]。到90年代中期以后,养殖户逐渐认识到使用鱼塘投饵机可以提高饲料利用率,产销量才开始大幅度提高。当前国内大部分的投饵机智能化程度较低,主要是以机械化取代人工投饲。相对而言,国外在自动投饲领域发展水平较高,许多国家都有较为完善的智能化投饲系统[3-6],自动投饵机作为系统中的一个单元,受中央控制系统操控,基本实现系统化、精确化、智能化,如图1所示。
1我国投饵机发展现状
我国水产行业规模巨大,是世界上第一水产养殖大国,可对比于国外的养殖设施水平,我国的水产行业发展却相对滞后,自动化程度较低,尤其体现在投饲方面。多年来,我国对于自动投饲的研究从未止步,并取得一定的成果,成功研发了一些高端自动投饵装备,见图2。21世纪初期,我国投饵机的年产量已经达到16万台,产量仅次于增氧机。到如今,自动投饵机在我国已被广泛使用于水产养殖行业,根据其应用环境、投料形式、动力来源的不同可分为多种类型。在各类自动投饵机中,以池塘投饵机的应用最为广泛。首台池塘自动投饵机由中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所在1978年研制成功[2]。我国大部分的池塘投饵机采用抛洒投喂,根据池塘大小,其抛撒范围在10~50m2[7],每台使用的面积约0.33~1hm2[8]。池塘投饵机虽然初步做到定时定量,然而饲料抛洒不均匀,抛洒面积有限,无法做到精确投喂,不但会导致饲料浪费和水质污染还会对池塘内养殖对象的平均长速存在一定影响。对于其它养殖环境,还有网箱投饵机与室内工厂化投饵机等类型的自动投饵机。网箱投饵机又根据网箱使用状况的不同分为水面网箱投饵机与深水网箱投饵机,此类投饵机由河南省水产科学研究院发明并申请专利[9]。网箱投饵机直接将饲料抛撒在25m2(长5m×宽5m)的网箱水面中央,抛撒面积约在2.8~3.2m2[10]。养殖时,网箱周边饲料会随着水流涌出造成浪费,因此网箱投饵机的投饲区域需位于网箱中央且投饲面积不能过大,安装方式可选择悬挂于网箱上方,但需考虑抗风浪能力及稳定性。室内工厂化投饵机[11]一般用于用于工厂化养鱼和温室养鱼,这种投饵机每次抛撒的饲料数量不多,但很均匀精确,一般抛撒面积在0.8~1.2m2。此类投饵机可以联网监控,实现远距离的自动化管理。其养殖成本较高,但可以实现精确投喂和鱼类生长状况的实时反馈,这类智能投饵机是目前智能控制投饲系统的缩影。除了适用于不同养殖环境的自动投饵机,还有采取不同投料方式的离心式投饵机、风送式投饵机[12]、下落式投饵机,以及采用不同动力源的电力投饵机[7]、太阳能投饵机[13]、内燃机投饵机[7]等等。以上各种类型自动投饵机均适应不同的养殖环境与养殖对象,极大提高了养殖效率,但基本上都存在一定的缺陷,例如智能化程度低、精度不足、受天气环境因素影响大、存在一定安全隐患等等。当前自动投饵机种类按照不同的分类方法分为多种类别,如图3所示。对比于传统的人工投饲,自动投饵机在我国的使用已相对广泛,解决了费时、费工、劳动强度大、浪费饲料等诸多弊端,可仍存在许多问题。其中就包括安全隐患问题、抛投均匀性较差的问题以及智能化程度较低的问题[14]。图3自动投饵机分类投饵机的安全事故近年来频繁发生,主要是由于投饵机机壳带电,养殖户触电落水身亡[14]。投饵机长期处于水上作业,容易受潮发生故障,工作环境不确定,经常处于无遮盖、条件恶劣的户外工作环境。许多户外的不确定因素,如雷击、线路老化、鼠类啃食等,都会导致投饵机故障和漏电。故障的投饵机会运转异常甚至停止运转,部分养殖户缺乏足够的安全意识与用电知识,容易造成触电。而投饵机长期工作容易导致线路老化从而漏电,养殖户下水进行工作时也可能发生触电。投饵机造成的触电事故屡见不鲜,除了要求养殖户具备足够的安全意识和用电知识以外,还需要制造厂商进行足够的耐压测试,保证投饵机的质量与可靠性。从未来的投饵机研究趋势来看,应以提高投饵机的安全性,保障养殖人员的人身安全为前提。在2009年,我国渔业机器质量监督检验中心修订了投饵机行业标准,五家代表性投饵机制造企业被选中进行了“抛投均匀性”实验。通过汇总结果得知,机械离心式投饵机的抛投均匀性普遍较差。究其原因是抛投盘的安装角度不合理。因此,投饵机生产企业应仔细校对抛投盘起始角度,并进行“抛投均匀性”试验,选定适宜抛投角度,确保均匀性,实现饲料均匀分布[14]。目前的投饵机仅可以做到定时定量投饲,却不能理想控制投饲速度和抛撒面积。养殖对象对饲料的需求量、长速以及饲料的转化率都是根据水温、氧浓度、水流速度、光照强度和白昼长度的改变而改变,同时也受饲料品质与养殖对象的年龄、成熟度、性别、激素水平等生理因素影响[14]。传统投饲机的养殖户几乎难以精确掌握最能满足养殖对象需求的投饲水平。因此,国内诸多专家和企业正试图实现投饲系统的智能控制。这类投饲系统大多以PLC为核心,例如胡昱和郭根喜研发的基于PLC的深水网箱自动投饵系统,该系统通过继电接触器来控制各个设备的启动停止、动态定时、定点以及定量的投饲,实现精确投饲[15]。赵思琪和丁为民研发的基于模糊逻辑控制的鱼塘养殖精准投饲系统[16],该系统通过水质监测系统获取水体水质参数,再根据投饲决策模型计算出投饲量,完成精确投饲作业。此类投饵装置较为智能化,具备较高精度,但设计复杂、价格高、适应面窄,对于我国不同地域以及不同种类养殖对象无法做到绝对适配,缺少囊括不同水体水质状况与不同水产生物生长特征的投喂数据库,不能普及使用。较为简单的自动投饵设备有洪扬、陈晓龙研发的蟹、虾养殖池塘移动投饲装置[17],该装置可以实现自动行走投饲,具有投饲均匀、投饲范围广等优点。刘思、罗艳媚、俞国燕研发的轨道式自动投饲系统具有操作简便、投饲均匀、精确度高等优点,可实现上料、行走、投饲于一体的定点、定时、定量全自动化饲料投喂,且运行状态和历史数据可实时查询等功能[18]。此类投饵装置虽然实现了投喂的高精度与自动化,但在智能化程度上有所欠缺,没有线上的实时监控以及数据反馈,不利于总结最适合养殖对象的养殖投喂数据。
2国外投饵机发展现状
国外的自动投饵机广泛应用于室内工厂化养殖,如今已发展成为室内工厂化循环水养殖的大型自动投饲系统,其中包括多单体集中控制式自动投喂系统以及自动投饲机器人系统[3]。自动投饲系统在挪威、德国、美国等发达国家皆普遍适用于室内工厂化养殖,在饲料传运、储存和投放等多个环节都保证着相当精确的数量控制[19],如图4所示。适用于陆基养殖工厂、大网箱、鱼苗孵化场的自动投饲系统被加拿大相关企业成功研发问世,此类系统针对部分养殖对象开发出不同的投饲控制软件[3],实现高精度控制与数据分析智能养殖。目前世界上深水网箱的自动投饲系统中使用最多的模式之一为美国企业研制出的专为深水网箱设计的具有高精确性、高可靠性、大容量的投喂管理系统。芬兰相关企业研发的机器人投饲系统则主要针对陆基养殖,这套系统由小型漏斗形投饲单元组成,这些投饲单元沿着养殖池上方的轨道移动在各个养殖池之间。系统通过中心计算机控制系统实现无人操作,池与池之间设置不同的投饲程序[4]。日本机械制造企业研发的自动投饲系统施行小料仓投喂模式,在各个深水网箱上方悬挂小型料仓,各料仓通过计算机和控制面板控制投料,多个料仓也可以进行集中控制,还可以通过手机来实现远程操控[5]。挪威渔业装备企业研制的自动投饲系统由管理系统直接控制风机与下料器,实时调节出料量,同时控制在线监测系统并接收在线系统的反馈数据,主要包括各传感器测量的pH、含氧量、温度等水质参数[6],其投喂系统如图5所示。国外的自动投饲系统已经摆脱了传统的单体自动饲料机,形成了高智能化的自动投饲养殖系统,适用于高标准的养殖对象,建立高指标的养殖要求,成本和技术需求较高,适用范围较小。这类投饲系统的关键在于其控制软件的优劣,而我国的大部分养殖对象的价值较低,并不适用这类高端软件的开发与使用。因此,此类高智能化养殖系统的建立,需要扩大我国优质水产品的养殖规模。
关键词:水产养殖;电化学氧化;光催化;臭氧氧化
20世纪70年代开始,我国的水产养殖业开始迅速发展[1]。至今为止,我国水产养殖业已经在规模和产量上有了巨大的飞跃。然而,在经济利益发展和生活便利的同时,问题也接踵而来。水产养殖所排放的废水日渐增多,养殖密度过高、饵料投喂过量、药物投加等问题使水产养殖废水中的污染物含量越来越高,排放之后严重影响人们的日常生活。高级氧化技术是近年来水处理领域的研究热点,已经被广泛用于饮用水消毒和各种不同水质的污废水处理。高级氧化工艺是在传统水处理技术上演变而来的,是能将水中污染物转化成CO2和H2O以及无机物的化学反应过程[2],主要有电化学氧化、光催化氧化、臭氧氧化等,具有氧化高效、彻底、不会产生二次污染,运用范围广等优点[3]。现在,已经有多位学者将高级氧化技术应用于处理水产养殖废水,并在该领域不断创新和探究。
1水产养殖废水
1.1水产养殖废水的污染来源
水产养殖废水的污染来源是多方面的,主要包括物理污染、化学污染以及生活污水和工业废水的排放污染[1]。物理污染是指在水产养殖过程中,养殖人员投入了大量的饵料,饵料残渣与水生物的排泄物和尸体非常容易造成水体的富营养化,提高水质浊度,降低水中溶解氧含量[4]。化学污染是指在水产养殖过程中,养殖户为提高水产品的效益和防止鱼类疾病会添加一些激素药物或杀菌剂[5],这些物质会在水中溶解破坏水环境平衡,严重影响水质。水产养殖废水中还会有生活污水的掺杂,甚至附近工厂企业工业废水的掺杂。
1.2水产养殖废水的危害
水产养殖废水中的污染物主要有NH4+-N、磷、亚硝酸盐、悬浮颗粒物、有机物等[6]。这些污染物的长期存在会影响水生物生长和水环境平衡。有些养殖户在养殖水体中加入的药物也会影响水生物的正常生长[7],其中某些药物所含的重金属和水中的亚硝酸盐在水产品中积累,人类食用之后会严重损害身体健康甚至中毒死亡[5]。水产养殖废水的排放量大、污染浓度低、影响范围广,因此处理的难度也相对较大,是水处理领域的一个难点问题。
1.3我国水产养殖业发展及现状
我国的水产行业发展迅速,水产养殖量已经远远超过了水产捕捞量。据统计,2016年我国水产养殖产量已经达到了5142万t[5],占全世界水产养殖总量的70%,经过短短两年的发展,到2018年,我国水产养殖产量占到了全世界水产养殖量的77.29%。与此同时,我国每年排放的水产养殖废水已经远超3亿m,对我国水环境和人们日常生活都造成了巨大的影响。据统计,我国长江、黄河、珠江、淮河等七大水系有50%的水体不符合渔业水质标准[8],海洋污染也十分严重。水环境的污染如果不及时控制会严重阻碍我国水产养殖业的可持续发展。
2高级氧化技术处理养殖废水
2.1电化学氧化法
电化学氧化法是在外加电场的作用下发生电解反应,产生大量的羟基自由基等强氧化性物质有效的处理水中重金属,有机物等污染物,还能起到很好的杀灭细菌的效果[9]。电化学氧化法具有处理效率高,无二次污染,设备体积小的优点,目前已经被很多国内外的学者研究和应用于水产养殖废水的处理中。殷小亚等[10]采用DAS电极,研究电化学氧化技术对海水工厂化养殖尾水的杀菌作用。结果表明,在试验设定中,电化学氧化技术都表现出很高的杀菌作用,对弧菌的灭菌率最高可达百分之百,并且还具有能耗低的特点。Lang等[11]验证了电化学氧化法对海水养殖废水中的氨氮、NO2--N、磷、COD和抗生素的处理效果。结果证明,该工艺对氨氮和NO2--N的去除率都达到了90%以上,磷去除率为72%,COD去除率为48%,同时具有很好的杀菌效果。对于试验中海水养殖废水中的抗生素(磺胺二甲嘧啶和莫诺氟沙星)的去除率也达到了100%。
2.2臭氧氧化法
臭氧作为一种氧化性仅次于氟的气体,具有很高的氧化性能[12]。臭氧能够快速地和有机污染物发生氧化还原反应,将难降解有机物分解为毒性较低或无毒性的小分子物质。臭氧氧化法分为臭氧直接反应和臭氧间接反应两种,臭氧氧化法具有提高水体可生化性,不产生二次污染,易于控制,占地面积小,适用范围广的特点[9]。同时也存在氧化能力不足,臭氧利用率低,能耗大的问题。因此,研究者们通过使用催化剂促进臭氧更多、更快地产生羟基自由基,从而提高臭氧的氧化效率,也就形成了臭氧催化氧化技术。凌威[13]研究了臭氧催化氧化技术对某海参育苗基地废水中抗生素的去除效果。结果显示,在试验设定条件下,对氟苯尼考的去除率达到100%,对四环素的去除率达到86.2%,同时对氨氮也有明显的去除效果,处理后的水质符合海参育苗水质的安全要求。李啸林[14]研究了臭氧对于封闭式循环养殖水体的消毒处理效果。结果显示,臭氧的加入使养殖水体中的氨氮、亚硝酸盐、CODMn等污染物含量都有明显的下降。其中亚硝酸盐含量的下降幅度最大,试验环境最佳的一组杀菌率达到了99.6%。
2.3光催化氧化法
光催化氧化法是利用半导体(最常用的是TiO2)为催化剂,在光能作用下产生活性极强的羟基自由基,然后利用羟基自由基的强氧化性与有机物发生反应,将有机物分解成CO2、H2O等物质[9]。光催化氧化法具有较好利用光能、反应时间短、反应条件温和、无毒性、易于其他高级氧化技术联用的优点。李晨等[15]制备了Y3+/TiO2光催化剂并研究了其对养虾废水的处理效果。结果表明,采用纯TiO2为催化剂的对照组在可见光和紫外光照射下CODCr去除率分别为14.7%、26.9%。在同样的控制条件下,Y3+/TiO2光催化剂组的CODCr去除率分别达到了18.8%和37.5%,有明显提升。于晓彩等[16]制备了CaF2(Tm3+)/TiO2光催化剂,研究了其对模拟海水养殖废水中氨氮的去除效果。条件结果显示,CaF2(Tm3+)/TiO2光催化剂的光催化效率明显高于纯TiO2,在规定下氨氮的去除率达到了90%。朱婉婷等[17]通过自制复合光催化剂CuO/ZnO探究其对水养殖废水中的盐酸四环素的降解效果。结果显示,在试验设定的最佳环境下,盐酸四环素的去除率达到了93.01%。
关键词:水产养殖;物联网;Android;传感器;智能监控
中图分类号:TN925;S951 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2017)13-2528-04
DOI:10.14088/ki.issn0439-8114.2017.13.033
Design and Application of Aquatic Product Service System Based on Smart Phone
SHI Pei, YUAN Yong-ming, ZHANG Hong-yan, MA Xiao-fei
(Freshwater Fisheries Research Center of Chinese Academy of Fishery Sciences/The National Tilapia Industry Technology Development Center/Key Laboratory of Freshwater Fisheries and Germplasm Resources Utilization, Ministry of Agriculture,Wuxi 214081,Jiangsu,China)
Abstract:Aquaculture has developed rapidly in Jiangsu, and precision aquaculture has become more and more widespread. A kind of aquaculture internet things service system based on smart phone is developed. The aquaculture environment monitoring on the palm is realized by sensor and ZigBee technology. Aquaculture environment and meteorological environment data arecomposed of sensorsand passed by the ZigBee network. The system determines the Android operating system asthe platform, the Highchartsas graphical tools to develop the handheld applications. The intelligent predictive guidance can guide fishermen to realize intelligent remote farming. The system testing results indicate that the system works well. System can be successfully used to move the aquaculture monitoring center to smart phone.
Key words:aquaculture;internet of things;Android;sensor;intelligent monitoring
S着物质生活水平的提高,人们对水产品的需求也改变着水产品的养殖供应方式,传统低效率的养殖方式已经不能满足人们对水产品的需求,高密度、精准化养殖将成为今后水产养殖的发展方向[1,2]。
溶解氧、pH、水温等都是制约水产养殖发展的重要环境因子,气压、气温、光照、雨量等是影响水产养殖的重要气象因子[3,4],目前的水产养殖中人工控制的数据采集装置使用较为普遍,这种工作方式会降低工作效率,浪费人力、物力的同时,养殖的精准度亦得不到有效地保证。建立精准化的高效水产养殖相关的环境因子研究体系,并实现其自动化控制就尤为重要。目前,国内学者对此提出多种智能控制系统,彭芳等[5]提出基于Profibus现场总线网络智能监控系统,开发基于溶解氧、pH、温度等环境参数的监控PC系统;杜炎城等[6]设计了基于ZigBee无线传感器和PIC单片机的水产养殖物联网监控系统,系统以C++Builder为开发工具完成监测软件的开发;崇庆峰等[7]开发设计了一种基于Android和GPRS通信技术的水质参数无线远程监控,实现对水位、温度、pH和溶解氧等水质参数的远程采集、管理和控制;颜波等[8]提出基于RFID与无线传感网络的水产品智能化养殖监控系统,实现水产养殖环境资源的充分利用。本研究利用无线传感技术和无线通信技术,以江苏省无锡市南泉罗非鱼养殖基地为试验对象,完成对水产养殖环境因子和气象因子的监测,同时结合智能预测指导渔民进行智能控制,实现智能水产养殖。
1 智能手机水产物联服务系统的结构
1.1 系统监控模式
C/S模式是目前广为使用的一种结构,它能够快速响应客户端程序的请求,并且拥有更安全的存取模式[9]。基于智能手机的水产养殖物联网监控系统,选择C/S模式作为开发模式,开发的手机客户端软件通过GPRS技术等远程访问服务器,实现远程通信。为了解决实际水产养殖生产中的问题,保障数据信息的实时性,本系统中手机客户端安装应用程序后即可读取水产养殖现场的环境数据和气象数据并控制设备,除非用户退出应用程序,否则可以一直查看实时数据。
1.2 系统结构
基于Android操作系统在目前智能手机市场中的占有率,本系统选择基于Android平台的智能手机上完成设计和开发。水产养殖物联服务监控系统包括传感器控制、数据传输和客户端监控三部分,其系统结构见图1。
2 系统的设计
2.1 系统硬件设计
ZigBee是一种可靠性强、成本较低的双向无线通信技术[10],可以通过若干个连接的方式部署在养殖监测区域,它的灵活、省电、传输快的优点能够满足水产养殖对养殖环境和气象环境远程监控的要求。本系统建立的水质参数和自动气象站参数监控无线传感器网络采用CC2530芯片[11]完成ZigBee传输。CC2530芯片拥有一个增强型的8051CPU和可用于2.4 GHz IEEE 802.15.4标准的无线收发器,拥有多种运行模式,其超低功耗的特点为硬件的运行降低了能源消耗。系统工作原理:由CC2530完成对传感信号的AD转换、滤波、计算等,再将这些环境数据、气象数据及控制节点数据经ZigBee无线传感自组网通过RS485串口传输到服务器监控中心,并进行数据处理和存储等。PC机与手机客户端进行数据交互,完成终端控制命令的转换和传递。
系统的终端监控装置包括采集节点和控制节点,分别为养殖环境监测装置、自动气象站监测装置和继电控制装置,系统使用太阳能板充电的方式对锂电池进行供电,提供野外环境底层检测模块工作需要的电能。养殖环境参数监测装置通过不同的传感器获得数据,数据包括pH、温度和溶解氧;自动气象站监测装置也通过不同的传感器获得数据,包括气温、气压、湿度、雨量、风速、风向;继电控制装置可控制连接增氧机、进水泵、排水泵、投饵机。
2.2 无线网络构建
水产物联服务系统的监测区域较少,区域面积相对集中,部分区域分散在其他地方,因此利用ZigBee组件星型无线传感网络是具有可行性的。本系统中的ZigBee无线网络节点包括终端检测节点、协调器。本系统中终点检测节点承担采集监测指标和发送监测信息的任务;协调器承担控制整个无线传感网络和接收、发送传递的监测数据的任务,它在无线传感网络的构建和运行过程中起着至关重要的作用。
2.3 系统软件设计
2.3.1 客户端架构 水产物联服务系统使用Android平台作为开发的操作系统,基于客户机/服务器模式,采用VC完成服务器程序编写,与MySQL一起实现Socket通信,而手机客户端程序则使用Android Java开发,并存储在MySQL数据库中。系统开发以完成的Apk文件的安装和使用为成果监测对象。Apk文件可直接在智能手机上安装和卸载,用户可以自由地在手机应用程序上进行操作,整个操作过程简单、方便,程序运行不受时间和距离的影响,软件系统的基本架构见图2。
2.3.2 系统软件程序设计 基于Android的水产物联服务系统以三星Galax grand2 G7108V智能手机为例,使用Android 4.0版本,手机内核版本是3.4.0。本系统以Eclipse 4.2为开发软件,建立Android SDK和JDK7的开发环境,使用Highcharts图形开发工具[12],完成软件图形界面的开发。系统目前可以控制3个鱼塘和一个自动气象站,采用MVC模块化设计方法,使用了7个Activity和1个SocketHelper完成通信,连接MySQL数据库,由AndroidManifest.xml存储全局的配置文件,最终完成系统的设计和开发。
3 系统的实现与应用
3.1 系统实现
网络连接:本系统中服务器可以与多个手机进行通信,根据用户的输入信息,从服务器获取IP和端口号,然后符合服务器中数据库存储信息的用户在系统验证之后可以自动进入系统主界面,访问系统,操作系统的各项功能。
在线监测:基于Android的水产物联服务系统的自动监测模块包括对南泉自动气象站和31、32、33号鱼塘的各项指标参数的监测,用户可以实时查看各项监控指标的当前信息,通过对当前实时信息波动情况的分析和观察,判断鱼塘目前的养殖环境是否需要采取应对措施,解决养殖过程中的各种问题。系统可自行设定采样周期,目前本系统中指标的采样周期为默认时间60 s。图3为南泉31号鱼塘养殖环境指标显示界面,图4为南泉31号鱼塘溶解氧信息显示界面。
远程控制:基于Android的水产物联服务系统的远程控制模块用于对增氧机、投饵机、进水泵和排水泵等设备的远程控制,并实时显示这些设备的工作状态。用户根据各项养殖参数的实时情况,自行选择开启或者关闭某些设备,避免鱼塘中不利环境状况的发生或及时改善已发生的养殖不良环境,如溶解氧的降低或pH的变化等。本操作的使用需要一定的权限,目前该权限仅提供给鱼塘的相关管理人员,以避免随意开启或关闭设备影响鱼塘的养殖环境和增加不必要的O备维护成本,保障系统对设备控制的安全性和可靠性。图5为南泉31号鱼塘远程控制模块界面。
3.2 智能预测
为了真正实现精准化水产养殖,系统在手机客户端设计了针对溶解氧的智能预测模块。该模块对采集的环境因子和气象因子数据进行存储和处理,将GRNN神经网络算法、Elman神经网络算法和BP神经网络算法集合在一起,利用MATLAB软件实现算法,利用Eclipse调用MATLAB接口,完成对溶解氧的智能预测。用户可以通过手机客户端访问服务器,选择7 d的数据为训练样本,实时预测当日不同时间溶解氧浓度变化情况,给出当日何时开启或关闭增氧机及其他应对措施的指导意见,实现智能化、精准化的水产养殖。本系统中,选择无锡市南泉试验地2015年11月4日溶解氧浓度进行预测,现列出部分预测结果,见表1。
4 小结
本研究中开发的基于Android的水产物联服务系统将监控系统与智能手机融合在一起,实现了在Android平台上的智能远程无线监测。在合理规划设计终端检测节点、继电器控制节点、协调器和手机客户端的基础上,利用ZigBee技术的野外使用优势传递养殖现场采集参数,控制整个传感网络,从而开发Android客户端应用程序,使得用户可以通过个人智能手机完成对多个养殖鱼塘的远程监管和控制。本系统在无锡市南泉试验基地3个鱼塘和一个自动气象站的24 h监控结果表明,系统的运行状态正常,终端节点检测数据精度较高,手机客户端操作简单灵活,系统稳定性高,整个系统的硬件投入成本较低。智能预测可以为精准化养殖提供一定参考价值,帮助渔民在不确定的环境条件下预知可能发生的事情,算法预测效果较好,精度较高。目前已逐步应用到南泉罗非鱼养殖池塘,系统具有继续完善的空间和一定的实用意义。
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关键词:南美白对虾;淡水;高产养殖
中图分类号:S968.22 文献标识码:A
南美白对虾自首次在池塘淡水养殖取得成功之后,其养殖效益明显增加,而且由于南美白对虾个大、柔嫩、壳薄,广受消费者的喜爱。现具体谈谈如何在淡水池塘高产养殖南美白对虾。
1 池塘选址
池塘选址十分重要,要选择无污染且水源好的地区,即淡水资源充足,河道流水至少要在5~10月之间保持供水充足,且附近工厂要少,环境良好,进排水通畅。
2 池塘面积和设置
池塘面积在0.5hm2左右为宜,不仅节省成本还便于管理。如果面积太小,需要挖更多的塘埂,成本较高;面积太大不方便管理,且不易准确投料和观察虾的进食情况,投料过多会造成资源浪费,过少虾又得不到充足的营养。池塘深度在3m以上为宜,水深在2.5m左右即可。且要单独设置进排水系统,不仅可防止患病,同时还能对水质进行有效调控。另外要配置增氧设施,一般一个0.5hm2的池塘配3只15kW增氧泵即可。
3 放养前的准备阶段
3.1 池塘的清整
如果是将旧的池塘改为虾塘,要排水清理,确保淤泥不能超过10cm,此外最好将池塘暴晒1周左右,在暴晒期间要防止池塘底积水,同时还要保持池塘泥具有一定的湿度。
3.2 消毒
在放养前20d左右,排出池水至其水深不大于20cm为宜,利用药物对池塘进行消毒,以杀灭部分野食鱼类以及病菌。消毒药物可使用漂白粉、菜籽饼或生石灰等,必须注意不能同时使用2种不同类型的消毒药物,如需用两种消毒药,则中间需间隔一段时间。
3.3 进水肥水
在放养前8d左右即可进水,进水时要在进水口放置70~80目的筛网进行过滤,以防止部分野食鱼类或其卵进入水池,在水深达到50cm左右停止进水,进行肥水,肥水一般用复合肥和肥水王,如果池塘水偏酸性,可适当添加熟化干燥的鸡粪,具有很好的效果。在肥水放苗之后要根据水肥情况,逐步加水,每次增加10~20cm深的水。
4 放养密度及规格
放养密度要控制在每平方公顷75万~100万尾之间。如果放养过少,会浪费池塘资源,放养过多又很难控制水质。放养密度过大会使池塘水质遭到破坏,而养殖中途大量换水又很容易导致发病。虾苗的规格以1cm左右体长为宜,同时购苗前要对虾苗进行严格的体质检验。
5 日常管理
5.1 水质管理
在虾长达到5cm之前主要通过水育肥,如果水质清澈,要适当投放生物制剂和无机、有机肥料,使水变肥。在虾长达到5cm以后,要掌握好水质的透明度,控制在40cm左右为宜。保持水质透明度可以通过换水或投放沸石粉等。
5.2 投料管理
在虾长达到2cm以后就需投喂饲料,以50g饲料每天每万尾为起始基点,具体饲料投放量要根据查查网内吃食情况适当增减。
5.3 日常巡查
在养殖中后期需要经常巡查,注意观察池塘是否缺氧以及有单独游虾,如发现单独游虾,表明虾已生病,需要尽快采取措施进行治疗。
6 常见的病害防治
预防虾生病主要通过控制水质来进行,所以在养殖过程中应该尽量保持水质的稳定。如发现虾发病,应该掌握2个原则:如果发现是细菌性疾病,通过投喂药饵以及消毒即可;如果发现是病毒性疾病,早期要及时进行治疗,如果已到后期,则尽早捕捞,以避免更大的损失。
6.1 虾池常见细菌性疾病
6.1.1 红腿病
患有红腿病的南美白对虾,附肢会变成红色,特别是其游泳足变色最为明显,此外其头胸甲部位会呈现淡黄色。具体防治措施为:利用1%~2%饲料量的大蒜素,加清水拌入饲料,待饲料充分吸收药液之后即可投喂,一般连续投喂5d左右即可生效,生效后还要以半月为以周期进行投喂。同时,利用漂白粉和含氯消毒剂对水体和虾进行杀菌。
6.1.2 烂眼病
患有烂眼病的虾一般会伏于池边水底或水草中,有时还会浮出水面翻滚旋转。患病初期虾眼球肿胀,由黑逐渐变成褐色,最后虾眼球会逐渐烂掉,只剩下眼柄。烂眼病的防治措施为:经常利用益生素或光合细菌对水体进行改良,保持池塘水质良好稳定。如发现虾患有此病,需要全池塘喷洒溴氯海因至少2次,同时给予投饲量0.1%的氧氟沙星,连续投喂3~4d即可见效。
6.1.3 烂鳃病
患有烂鳃病的南美白对虾鳃思会呈灰色,并肿胀变脆,最后从尖端向基部逐渐开始溃烂,直至脱落。其治疗方法防治方法与红腿病类似。
6.2 病毒性疾病
池塘淡水养殖南美白对虾易发的病毒性疾病主要是白斑病。具体症状是,虾停止进食,行动变得迟缓,弹跳无力,静卧或漫游在水中不久就会死掉。具体防治措施是:全池塘喷洒二溴海因或溴氯海因2~3次;同时将浮在水边的病虾捞出,尽可能清除感染源;此外还要添加1%~2%饲料量的EZO-生物活性剂,增强虾的抗病和免疫能力,还要添加1%~2%饲料量的活力菌,维持病虾消化道的微生态平衡。
7 结语
南美白对虾作为当今世界上养殖产量最高的3大虾类之一,如何进一步提高其养殖效益是关键,笔者通过自身多年养殖经验,浅谈了南美白对虾淡水高产养殖技术,谨供各位同行参考。
参考文献
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[5] 申屠琰.南美白对虾节能保温大棚养殖技术[J].基层农技推广,2013(07):70.
由于海洋捕捞资源的日益减少,以及人们对海参营养保健价值认识的不断提高,人们对刺参的需求量越来越大,为满足市场需求,为人类提供更加丰富的高营养食品,刺参育苗和增养殖近年来在山东和辽宁以及江苏福建等地蓬勃兴起,每年创造数百亿元的效益,并且通过放流增殖对海洋资源的保护和环境修复等起到了重要的作用。山东省作为刺参的重要产地,有着发展刺参养殖得天独厚的资源优势和地域优势,近年来,刺参养殖规模和产量不断增加。据不完全统计,目前全省刺参育苗水体100多万立方米,刺参养殖面积达到42万亩,年产刺参5.7万吨,产值70多亿元,占全省海水养殖总产值的1/3,而辽宁省的总育苗水体也已逾200万立方米。我县作为山东省唯一的海岛县,近年来,随着渔业结构调整和养殖新技术新模式的推广应用,刺参育苗及增养殖业已成为我县继扇贝养殖后又一新的经济增长点,规模和产量迅速膨胀,许多从业业户获得了较高的经济收入,并不断地到省内甚至省外开发养殖市场。然而由于养殖高速发展缺少统一规划,养殖布局不合理,技术不规范,生态环境恶化,导致病害接踵而来,甚至出现大规模死亡现象,如果不及时采取措施加以预防,有可能给这一新兴的产业带来毁灭性打击,为及时总结经验教训,我们对有关乡镇刺参养殖单位进行了调查,并通过咨询有关专家的意见,整理成调查报告如下:
我县产业化现状
我县自1978年在全国率先研究成功刺参人工育苗技术以来,通过近30年刺参育苗及增养殖的实践和技术开发,刺参养殖的规模化集约化不断提高,目前,全县有刺参育保苗场1000多家,育保苗水体近30万立方米,刺参养殖面积近2万亩,先后进行了海上沉箱养殖、围堰养殖、浅海围网养殖、海底网箱养殖、人工控温工厂化养殖及参鲍混养、鱼参混养等多种养殖模式,集中起来主要有以下几种养殖方式:
自然海域增殖
自然海域增殖是我县刺参养殖传统的生产方式。虽说刺参自然海域增殖历史较长,但是以投石设礁、海藻增殖、苗种放流为主要技术措施的较为规范的刺参海底养殖方式,即刺参底播养殖在我县只有20来年历史。特别近年刺参底播养殖在北部乡镇广泛实施,但是,实施海区限于刺参自然分布区,而且投石数量多半偏少,放流苗种数量和规格偏小,放流效果多半并不理想。
人造设施养殖
相对于刺参天然海域底播养殖,刺参人造设施养殖属于收容养殖。我县现行刺参收容养殖既包括以投石造礁纳潮式池塘养殖和以利用潮间带混凝土筑坝围堰为主的投石造 礁放流式港圈养殖,也包括海面网箱养殖、海面网笼养殖和海底围网养殖。在我县刺参池塘养殖和港圈养殖起步最早,近3—5年在我省和辽宁迅速普及,不过依然集中于烟台、威海、大连、青岛各地,并且由于多种原因,产量相差悬殊。海面网箱、海面网笼养殖和海底围网养殖是近几年出现的刺参养殖新方式,由于刚刚起步,规模较小。
作为刺参养殖的主要生产方式,刺参自然海域增养殖由于有许多环境条件适宜的天然海域可供利用,生产潜力极大,并且便于实施多品种立体生态养殖,生产效益稳定,今后还会成为效益最高的刺参养殖生产方式;池塘养殖易于选址,由于独门独户,易于看护,有望继续迅速扩大,不过,刺参养殖池塘选址也不可盲目,不可忽视低盐度可能造成的不利影响和藻类过多繁殖所造成的危害。作为刺参养殖最新生产方式,网箱养殖将在稚参夏季培育和秋冬培育时有明显优势,经过几年试验发现,随着参苗个体的逐渐增大,而网箱内饵料的供应不是和网箱附着物过多等因素的影响,造成参苗生长速度下降。围网养殖应该得到大力推广,我县南部乡镇潮间带水位普遍偏低,且多为泥沙底加之养殖的藻类、贝类面积较大,海区底部的有机物和饵料生物比较丰富,且围网养殖相对投资较少,将围网内的海区底质稍加改造即可投苗养殖,这种养殖方式既有池塘养殖的优点,又克服了池塘养殖水体交换不好的缺点,而且通过改造可以利用潮下带没有刺参生长的海域,扩大刺参养殖面积。
栉孔扇贝养殖遭到病害影响以后,县委、县政府及时调整产业结构,把发展刺参增养殖生产列入我县的主要产业来抓,不断加大刺参增养殖的投入力度,取得了一些效果,但产量产值还远远没有达到预期的目标,如表所示:
乡
镇
年
份
南隍城乡
北隍城乡
大钦岛乡
小钦岛乡
底播数
(x)
收获数
(t)
底播数
(x)
收获数
(t)
底播数
(x)
收获数
(t)
底播数
(x)
收获数
(t)
20__
662
48
810
36
1050
27
226
18
20__
308
60
380
50
612
45
205
36
20__
246
69
310
30
550
50
150
47
20__
260
62
400
42
550
50
100
50
在调查中我们还发现,一些池塘养殖的刺参,由于养殖水体饲育密度过大,换水量少,投喂的饲料营养缺乏,特别是投喂过剩残饵及粪便积累过多,一些池塘由于光照调整不好,造成大量的石莼等大型藻类过多繁殖及腐烂,甚至有个别池塘出现大量浒苔繁殖,造成有害的h2s气体,并可能导致病原菌的大量繁殖,致使疾病暴发,使养殖业户束手无策,损失惨重。
讨论与分析
通过以上调研和统计的图表显示,刺参苗种底播数量和产量之间的相关性不大,综合分析有也下几个方面的因素:
自然海域亲参数量过少,自然繁殖力下降
九十年代后期,我县基本废除了隔年轮捕的限令,各乡镇以及各海区承包者不断加大每年的捕捞力度,由于春季风浪较小,海况较稳定,因此春季刺参繁殖之前采捕量更是占全年的采捕量的75%以上,更有甚者白天捕捞不到,改在晚上捕捞,浅海区捕捞不到,就到深海区捕捞,致使自然海区成参数量越来越少,每年春季人工育苗选种时,我县不得不到周边地区求购“新郎”、“新娘”
。严重危及我县刺参产业的可持续发展。投放的苗种规格太小,成活率较低
我县自20__年开始进行刺参规模化底播增殖以来,由于只注重投放数量,加之前几年育保苗技术水平较低,提供不了较大的苗种,虽然自20__年到20__年我县连续4年投放苗种500万头以上,但规格都在3cm以下,敌害侵蚀严重,死亡率高,因而增殖效果不明显。
自然海域环境污染加重,病害发生率上升
海区污染主在有三个方面:一是黄渤海工业和生活污染物的大量排放,使整体水质下降;二是育苗企业带病菌的污水排放和一些有害药物的排放,扩大了病害面积和传播速度;三是近两年连续几次的海上石油污染,造成近海滩涂和藻类污染直接导致摄入有害饵料,使自然海区的发病率上升。据了解,近一两年中,不但育苗业户、池塘养殖户,就连海区底播的刺参相继出现了肿嘴、烂皮、排脏、不摄食、形体萎缩乃至死亡等现象,且具有一定的传染性。经过有关专家对刺参的疾病调查,发现了10多种新的病害。据山东省海水养殖研究所、黄海水产研究所、水科院海洋研究所等有关专家的研究结果表明,刺参疾病以细菌性疾病为主,还有寄生虫病、霉菌病等病害。
片面追求刺参人工育苗数量,苗种质量堪忧
健康的刺参苗种是刺参健康养殖生产的基础。人工育苗从选种开始就存在种源不足的问题,一些生产者为了提高育苗数量,对亲参进行多次催产,有的找不到优质种参使用低龄刺参育苗。有的生产者为了追求出苗数量,进行大密度孵化采苗,苗种很大程度上靠抗生素维持生命,一旦进入自然海域,生存能力特别脆弱,最终导致大量死亡。特别是一些苗种生产者,在苗种发病救治无效的情况下,还将带病的苗种投放到自然海域,而这种作法又会导致病菌在自然海域的传播,造成更大的危害和损失。
刺参养殖生产管理粗放,养殖技术滞后
由于我县的刺参养殖发展时间较短,对刺参养殖的一些专题研究投入相对较少,刺参生殖、生长的一些基本规律还没有完全掌握。因此,在刺参育苗、养殖等很多生产环节没有精准的技术规范和标准可循,特别是在病害防治方面存在严重的不足,一旦发生病害,没有特别有效的手段和药物进行控制,给刺参养殖生产发展带来很大的风险。
建议和措施
潜力巨大的消费需求为我县刺参养殖提供了极其有利的市场条件;海岸线漫长的天然海域和成片的海水池塘为我县刺参养殖提供了极其有利的生产条件。刺参作为新选养殖对象理应受到青睐。但是刺参养殖历史毕竟较短,许多相关研究还不深入,许多生产技术尚待完善。为了解决目前的问题,根据调查情况,综合有关专家意见,提出了具体的应对措施:
(一)在资源可持续利用原则指导下,对刺参资源采取增养殖和保护并举的方针,在每年有计划增养殖大规格健康苗种的基础上,采取有效措施保护好自然海区的亲参,在繁殖季节严禁采捕,实行隔年轮捕或隔区轮捕制度,严格限制采捕规格和时间,收获时在增殖区留足足够数量的成年参作为自然繁殖的亲参。
(二)加强刺参人工育苗生产管理和刺参原种基地建设
规范我县刺参人工育苗生产,尽快实现我县刺参育苗由数量到质量的转变,把好苗种生产关,严防“病由种入”,严禁带病的苗种底播到自然海区。在我县选择二到三个无居民岛建立刺参自然增殖区,严格保护,不投放人工苗种,作为我县育苗场采集种参的基地。从根本上改变我县参种缺乏,劣质参种充数的局面。
(三)对刺参养殖区加强日常管理,定期清除刺参底播区的敌害生物,通过投放人工鱼礁,营造海底森林,改造增殖区的生存环境,丰富刺参饵料来源,提高刺参生长速度和抗病能力,缩短养殖周期,并通过定期定量投苗,使刺参在该区域保持最佳的生长密度,建立高效可持续养殖模式,达到最佳可持续经济产量。