水產(chǎn)養(yǎng)殖投飼設(shè)備綜述

宋帥帥，周珊珊，張桂中，張浪，張明斌，廖武

（1.河源市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，廣東 河源 517000；2.河源市動(dòng)物衛(wèi)生技術(shù)中心，廣東 河源 517000；3.紫金農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣服務(wù)中心，廣東 河源 517000；4.河源市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，廣東 河源 517000）

0 引言

現(xiàn)代化漁業(yè)是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的重要組成部分，隨著養(yǎng)殖規(guī)模擴(kuò)大，漁業(yè)機(jī)械成為其中不可或缺的設(shè)備[1]。水產(chǎn)養(yǎng)殖常見的設(shè)備有投飼設(shè)備、增氧設(shè)備、水質(zhì)凈化設(shè)備、清塘設(shè)備、排灌設(shè)備等。其中，投飼設(shè)備在降低投喂環(huán)節(jié)的作業(yè)成本、提高效率等方面發(fā)揮重要作用。

早期相對(duì)較低人力成本時(shí)，飼料投喂環(huán)節(jié)主要依賴人工進(jìn)行作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低。隨著老齡化時(shí)代的到來，人力成本逐年上漲，人工作業(yè)投飼顯然不能滿足水產(chǎn)養(yǎng)殖的生產(chǎn)需求，對(duì)投飼設(shè)備的需求也日益強(qiáng)烈[2]。我國投飼設(shè)備技術(shù)發(fā)展可分為人工、機(jī)械、自動(dòng)化和智能化等階段，傳統(tǒng)的漁業(yè)投飼方式只能執(zhí)行定時(shí)投喂，不能統(tǒng)計(jì)飼料量且無法智能的根據(jù)魚類生長狀況而改變投飼計(jì)劃，也無法智能的感知水質(zhì)、天氣等一系列環(huán)境因素的變化來決定是否投喂或者調(diào)整投喂量，因此傳統(tǒng)投飼機(jī)只是簡單替代了手動(dòng)拋灑飼料的作業(yè)過程，尚滿足不了現(xiàn)代化漁業(yè)生產(chǎn)的需要[3]。隨著機(jī)械自動(dòng)化、移動(dòng)計(jì)算處理和人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，智能自動(dòng)化投飼研究也成為各大科研機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)[4]。近年來，國內(nèi)外有關(guān)這方面的研究方向主要集中于決策控制系統(tǒng)與智能化投飼裝置研發(fā)等方面，相關(guān)研究已開始關(guān)注養(yǎng)殖產(chǎn)品在養(yǎng)殖過程中的生長狀況以及養(yǎng)殖品種質(zhì)量與投飼作業(yè)之間的聯(lián)系，甚至融合了生態(tài)學(xué)、氣象學(xué)、動(dòng)物行為學(xué)等相關(guān)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行智能化養(yǎng)殖裝備的研發(fā)，將傳感器、機(jī)器視覺、機(jī)器聲學(xué)、物聯(lián)網(wǎng)等智能化信息技術(shù)應(yīng)用于投飼裝備，能夠根據(jù)養(yǎng)殖水質(zhì)、生物行為等按需投喂，提高飼料利用率，降低養(yǎng)殖成本，符合可持續(xù)發(fā)展理念，所以智能投飼技術(shù)的研究具有重要意義[5]。通過智能化的設(shè)備設(shè)施實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的高效投飼作業(yè)，改善水產(chǎn)品養(yǎng)殖環(huán)境，進(jìn)而提升養(yǎng)殖品種的品質(zhì)與價(jià)值，降低養(yǎng)殖成本，加快養(yǎng)殖業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程[6]。

通過對(duì)比國內(nèi)外的研究進(jìn)展，闡述我國水產(chǎn)養(yǎng)殖投飼設(shè)備發(fā)展進(jìn)程，分析我國目前投飼設(shè)備的問題并提出對(duì)策建議。

1 水產(chǎn)養(yǎng)殖投飼設(shè)備發(fā)展的現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)投飼設(shè)備發(fā)展的現(xiàn)狀

我國的現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖相對(duì)滯后，在投飼方面較為突出，初期中小型養(yǎng)殖規(guī)模常見的投飼方式主要是通過人工經(jīng)驗(yàn)判斷養(yǎng)殖對(duì)象飼料量，利用相應(yīng)工具完成人工拋灑飼料，投喂均勻性、勞動(dòng)強(qiáng)度、效率、飼料用量等方面的問題嚴(yán)重，且受人的體能、環(huán)境、天氣條件的影響很大。但隨著國家政策支持力度不斷增大和市場經(jīng)濟(jì)的引導(dǎo)，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖投飼設(shè)備也迎來快速發(fā)展，機(jī)械化、自動(dòng)化和智能化等適合現(xiàn)代化水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展的研究逐步全面開展起來[2]。

我國投飼設(shè)備技術(shù)研究始于上世紀(jì)90年代以后，養(yǎng)殖戶開始逐漸認(rèn)識(shí)到使用投飼機(jī)可以提高飼料利用率。2010年葛一健等[7]分析了國內(nèi)近十年投飼設(shè)備的發(fā)展，指出當(dāng)時(shí)投飼機(jī)一定程度上僅是代替了人工拋灑作業(yè)動(dòng)作，但投飼速度、地點(diǎn)及投飼范圍通常是不可調(diào)，需要研制操作相對(duì)簡便且經(jīng)濟(jì)性更高的自動(dòng)投餌裝備和技術(shù)。2014年王永鼎等[8]為解決水產(chǎn)養(yǎng)殖用投飼機(jī)投飼范圍固定、投飼不均勻、飼料利用率低及污染嚴(yán)重等問題，提出并研制了基于氣力輸送和單片機(jī)控制的投飼范圍可控的自動(dòng)投飼機(jī)，通過氣流吹送飼料技術(shù)，結(jié)合單片機(jī)控制單元實(shí)現(xiàn)投飼范圍可控的自動(dòng)投飼機(jī)，實(shí)現(xiàn)均勻投飼，整機(jī)實(shí)現(xiàn)設(shè)備模塊化，可靠性強(qiáng)。2018年張麗珍等[9]運(yùn)用CFX仿真分析結(jié)合正交試驗(yàn)對(duì)投飼機(jī)送料精度進(jìn)行了仿真與分析，研究了投飼機(jī)送料管筒的傾角和長度以及飼料在管筒入口速度對(duì)測量精度的影響。為了滿足水產(chǎn)養(yǎng)殖固定岸基式精準(zhǔn)投喂的需要，國內(nèi)學(xué)者對(duì)精準(zhǔn)化投喂進(jìn)行了大量研究。2021年栗鵬輝等[10]設(shè)計(jì)研發(fā)一種集成自動(dòng)投飼與排污的魚類養(yǎng)殖系統(tǒng)，提高了魚類養(yǎng)殖中投飼和排污的定時(shí)、定量精度及節(jié)水效果，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。2021年唐榮等[11]針對(duì)現(xiàn)有投飼設(shè)備缺少稱量和自動(dòng)控制功能，存在投飼量控制不精準(zhǔn)、自動(dòng)化程度低、可移動(dòng)信息處理技術(shù)的優(yōu)越性發(fā)揮不明顯等問題，研究設(shè)計(jì)了一種全自動(dòng)精準(zhǔn)投飼系統(tǒng)，與傳統(tǒng)小型投飼機(jī)、人工搬運(yùn)和加裝飼料的投飼方式相比，該系統(tǒng)可以減少勞動(dòng)力成本70%、節(jié)約飼料用量3%，有效降低成本，取得了良好經(jīng)濟(jì)效益，具有實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。緊隨國家政策要求，投飼技術(shù)的研究也展現(xiàn)出智慧、綠色發(fā)展趨勢。

初期簡易的投飼機(jī)遠(yuǎn)不能滿足集約化、規(guī)?；B(yǎng)魚技術(shù)的不斷發(fā)展的需求，自動(dòng)化、智能化是現(xiàn)代漁業(yè)發(fā)展的趨勢，智能投飼技術(shù)可有效解決大規(guī)模水產(chǎn)養(yǎng)殖投飼勞動(dòng)強(qiáng)度大、定點(diǎn)定時(shí)定量精度差、飼料利用率低等問題，能顯著提高養(yǎng)殖配套設(shè)施裝備水平。隨著我國政策大力支持和各大科研機(jī)構(gòu)的積極研發(fā)，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖投飼裝備水平具備了水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)?；?、工業(yè)化生產(chǎn)的能力，但仍于國外水產(chǎn)養(yǎng)殖投飼技術(shù)存在一定的差距。

1.2 國外投飼設(shè)備發(fā)展的現(xiàn)狀

國外自動(dòng)投飼裝備普遍適用于室內(nèi)的工廠化養(yǎng)殖，從飼料的運(yùn)輸、儲(chǔ)存以及投放都有著極其精確的數(shù)量控制，具有高精確性、高可靠性等特性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，國外最先將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無人操作，設(shè)置不同的投飼程序，開發(fā)自動(dòng)投飼系統(tǒng)，還可以通過手機(jī)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的控制等，我國與國外的水平仍然存在一定的差距[12]。

1997年Ado W.Fast等[13]設(shè)計(jì)了一種監(jiān)測魚類投飼量和相關(guān)環(huán)境變量的新系統(tǒng)，確定投飼量與環(huán)境相關(guān)變量之間的相關(guān)性，為水產(chǎn)養(yǎng)殖精準(zhǔn)變量投飼裝備的研究提供相關(guān)支持。2005年C.M.Chang等[14]設(shè)計(jì)了一種精準(zhǔn)控制投飼機(jī)制，通過智能反饋鰻魚聚集行為調(diào)節(jié)控制策略參數(shù)，定時(shí)定量精準(zhǔn)完成投飼，很大程度上減低了鰻魚養(yǎng)殖作業(yè)本。2016年Kristoffer Rist Sk?ien等[15]設(shè)計(jì)一種氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)式投料撒布機(jī)，有效緩解工業(yè)規(guī)模的網(wǎng)箱養(yǎng)殖機(jī)械化投飼問題，期間應(yīng)用無人機(jī)、計(jì)算機(jī)視覺等現(xiàn)代方法表征投飼裝置的性能。2020年Ritu Prem等[16]開發(fā)一種適用于半集約化養(yǎng)殖條件的機(jī)械化投飼裝置，主要部件包括安裝在驅(qū)動(dòng)軸上的圓柱形進(jìn)料器、螺旋槳和轉(zhuǎn)向裝置等，整體設(shè)計(jì)簡易有效、節(jié)能、環(huán)保。

總體來說，國外投飼技術(shù)相對(duì)來講成熟很多，自動(dòng)投飼裝備普遍適用于的工廠規(guī)?；B(yǎng)殖，從飼料的投放、輸送、儲(chǔ)存等都有相當(dāng)高精度的數(shù)量控制。其中，自動(dòng)投飼機(jī)器人系統(tǒng)和多單體集中控制式自動(dòng)投喂系統(tǒng)等具有可行的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值、系統(tǒng)性能穩(wěn)定及智能化程度高等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)定投飼計(jì)劃，在投喂期間可實(shí)時(shí)調(diào)整，根據(jù)天氣、溫度和濕度等外部環(huán)境因素具體修正投飼量。我國水產(chǎn)養(yǎng)殖投飼的智能化發(fā)展仍需瞄準(zhǔn)多種現(xiàn)代化的控制技術(shù)控制養(yǎng)殖的各個(gè)環(huán)節(jié)和細(xì)節(jié)，大膽科學(xué)嘗試各種創(chuàng)新設(shè)計(jì)，努力縮小與國外投飼技術(shù)的差距。

2 水產(chǎn)養(yǎng)殖投飼設(shè)備發(fā)展中存在的問題

隨著投飼技術(shù)的不斷研究進(jìn)步，水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，如今的投飼技術(shù)基本可滿足機(jī)械化投飼問題，但仍然存在一些不足之處。

2.1 智能化投飼發(fā)展存在技術(shù)短板

現(xiàn)有投飼系統(tǒng)并不能充分、合理的使用飼料，缺少對(duì)投料量多少的掌握，整體智能化欠缺；水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物行為獲取、識(shí)別、分析的自動(dòng)化、智能化水平也仍有待提高。此外，我國自主研發(fā)的農(nóng)業(yè)專用傳感器數(shù)量少，智能感知系統(tǒng)靈敏度不高，穩(wěn)定性相對(duì)較差，終端遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和執(zhí)行控制指令系統(tǒng)精確性不足。魚類動(dòng)物模型與智能決策準(zhǔn)確度低，多數(shù)情況下是時(shí)序控制而不是按需決策控制，前期養(yǎng)殖數(shù)據(jù)采集和應(yīng)用整合程度也偏低。技術(shù)發(fā)展上整體與水產(chǎn)養(yǎng)殖融合深度不夠，缺乏實(shí)際解決投飼問題的手段。

我國水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化投飼裝備整體仍處于發(fā)展階段，農(nóng)業(yè)科技水平比較低，較難實(shí)現(xiàn)復(fù)合型、多功能、實(shí)時(shí)反饋等作業(yè)，很難在較大范圍內(nèi)推廣和應(yīng)用移動(dòng)信息處理、大數(shù)據(jù)及互聯(lián)網(wǎng)等新型信息技術(shù)，這與我國農(nóng)村信息化建設(shè)基礎(chǔ)薄弱有直接關(guān)系。

2.2 智能化投飼發(fā)展受要素資源影響大

從勞動(dòng)要素來看，目前從事水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)作業(yè)的主要力量是中老年人、女性，對(duì)農(nóng)業(yè)新技術(shù)的理解和應(yīng)用相對(duì)不充分。從技術(shù)要素來看，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖綜合機(jī)械化水平遠(yuǎn)低于主要農(nóng)作物綜合機(jī)械化水平，由于地區(qū)間、經(jīng)濟(jì)和自然條件等方面的存在較大差異，水產(chǎn)養(yǎng)殖機(jī)械化水平發(fā)展不平衡。農(nóng)業(yè)資源要素使用效率低下限制了投飼技術(shù)和裝備的發(fā)展。

我國投飼技術(shù)和裝備發(fā)展缺乏能夠熟練操的高素質(zhì)新型農(nóng)民，以及信息化專業(yè)研發(fā)的農(nóng)業(yè)科技人員；從業(yè)人員整體文化水平偏低，缺乏相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)，生產(chǎn)經(jīng)營管理和電子信息化的復(fù)合型人才員存在較大缺口，以上問題不僅是水產(chǎn)養(yǎng)殖投飼技術(shù)和裝備發(fā)展的突出問題，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟需重視和解決的。建設(shè)智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖投飼初期需要大量投資，成本在短期內(nèi)較難回收，直接導(dǎo)致企業(yè)和農(nóng)戶參與智慧漁業(yè)發(fā)展的意愿不高，加之多數(shù)情況下無力進(jìn)行土地集約化經(jīng)營和引進(jìn)或直接購買先進(jìn)的養(yǎng)殖投飼設(shè)備，間接影響了投飼設(shè)備市場開拓、產(chǎn)品創(chuàng)新和智慧信息化發(fā)展。

2.3 智能化投飼的技術(shù)應(yīng)用效果和效益不佳

智能投飼應(yīng)用目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)的按需智能化控制和精細(xì)智慧化管理，需要養(yǎng)殖對(duì)象的實(shí)體模型、投飼需求量、生長速度及其飼料轉(zhuǎn)化率等數(shù)據(jù)支撐，這些數(shù)據(jù)不可能通過計(jì)算而獲得精確數(shù)值，且計(jì)算機(jī)在分析控制的時(shí)候缺乏相應(yīng)參照，控制可靠性大打折扣，移動(dòng)信息處理技術(shù)的優(yōu)越性未得到充分發(fā)揮，應(yīng)用效果不盡人意。

我國目前關(guān)于水產(chǎn)養(yǎng)殖投飼設(shè)備的研究，部分研究過于強(qiáng)調(diào)技術(shù)先進(jìn)性，忽略了系統(tǒng)成本及設(shè)備的實(shí)用性、可靠性、不同養(yǎng)殖模式的適應(yīng)性和通用性，導(dǎo)致智能投飼系統(tǒng)的市場化程度不高。且政府農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼少、市場上投放量少、價(jià)格高，致使我國本就分散經(jīng)營的中小型經(jīng)營者無力購買。智慧投飼技術(shù)得以推廣的前提是集約化、規(guī)?；?，市場經(jīng)濟(jì)條件下，小規(guī)模生產(chǎn)在農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格和成本方面，在激烈的市場競爭條件下難以產(chǎn)生理想的效益，這種小規(guī)模的生產(chǎn)模式一定程度上影響智慧投飼設(shè)備的發(fā)展進(jìn)度。

3 對(duì)策分析

3.1 加大硬件研發(fā)力度，助力解決漁業(yè)發(fā)展難題

從研發(fā)漁業(yè)專用傳感器入手，鼓勵(lì)I(lǐng)T涉農(nóng)企業(yè)、電信運(yùn)營商、科研高校院所等社會(huì)力量投入漁業(yè)專用傳感器建設(shè)，國家一定程度上給予智慧漁業(yè)投飼領(lǐng)域等更多的政策性扶持及資金扶持，注重系統(tǒng)控制穩(wěn)定性、可移動(dòng)信息處理技術(shù)的優(yōu)越性與執(zhí)行端設(shè)備的調(diào)試與結(jié)合，采用大數(shù)據(jù)信息技術(shù)、深度學(xué)習(xí)等不斷優(yōu)化前期數(shù)據(jù)，與互聯(lián)網(wǎng)或者涉農(nóng)企業(yè)合力攻克投飼技術(shù)、市場等難題，逐步形成政府引導(dǎo)下的投資主體多元化、運(yùn)行維護(hù)市場化，通過自主研發(fā)與其他企業(yè)合作，為行業(yè)內(nèi)提供具體細(xì)化的科學(xué)方案，合力推進(jìn)漁業(yè)智能投飼技術(shù)的發(fā)展。

3.2 統(tǒng)籌發(fā)展要素資源，提高新型職業(yè)漁民培訓(xùn)

為智慧漁業(yè)的發(fā)展培育出本土人才，當(dāng)?shù)卣獙?shí)施優(yōu)惠政策并加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，新型職業(yè)漁民培訓(xùn)要結(jié)合漁民實(shí)際情況，不同對(duì)象采用不同的培訓(xùn)內(nèi)容和培訓(xùn)模式。與傳統(tǒng)漁業(yè)相比，智慧漁業(yè)生產(chǎn)對(duì)人才要求更高，因此要將新型漁民培育納入發(fā)展計(jì)劃當(dāng)中，形成職業(yè)漁民教育培育體系。另外，要重視相關(guān)法規(guī)、政策和標(biāo)準(zhǔn)的制定和實(shí)施，為漁業(yè)智能投飼技術(shù)投入的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保駕護(hù)航。

3.3 強(qiáng)化科技成果轉(zhuǎn)化，保障應(yīng)用效果和效益

為提高智能投飼技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化和應(yīng)用率，政府支持和引導(dǎo)一批具有重大影響的智能投飼技術(shù)應(yīng)用示范工程和示范基地，堅(jiān)持家庭承包、土地流轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，因地制宜發(fā)展多種適合投飼技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)營形式。政產(chǎn)學(xué)研用緊密結(jié)合起來，讓研究成果直接面向經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，形成高等科研院校與企業(yè)主體間有效的合作創(chuàng)新體系，通過科技成果轉(zhuǎn)化落地來解決經(jīng)濟(jì)實(shí)際發(fā)展中的問題。

4 結(jié)語

機(jī)械化、智能化投飼是現(xiàn)代漁業(yè)發(fā)展要求之一，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化投飼裝備整體發(fā)展相對(duì)緩慢，存在技術(shù)短板且受發(fā)展要素的影響大，部分研究的實(shí)用性、可靠性、不同養(yǎng)殖模式的適應(yīng)性和通用性欠佳。針對(duì)弱項(xiàng)短板聚焦?jié)O業(yè)專用傳感器的研發(fā)，攻堅(jiān)克難投飼技術(shù)的主要發(fā)展障礙；出臺(tái)優(yōu)惠政策并加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，精準(zhǔn)培育和提高新型職業(yè)漁民培訓(xùn)；通過研究成果直接面向經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，緊密聯(lián)合政產(chǎn)學(xué)研用一體化，切實(shí)保障科技成果轉(zhuǎn)化和落地的效果、效益。

隨著科學(xué)發(fā)展，會(huì)不斷涌現(xiàn)出各式各樣的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，智能化以及遠(yuǎn)程控制是未來投飼技術(shù)的發(fā)展方向，希望我們能夠抓住機(jī)遇，全面全程推進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的各個(gè)環(huán)節(jié)和細(xì)節(jié)，做到真正的智能化養(yǎng)殖。