大容量自動(dòng)投喂系統(tǒng)在青魚(yú)池塘養(yǎng)殖中的應(yīng)用

杭勇，倪蒙，鄒松保，劉梅，周聃，胥晴，原居林*

(1.杭州仁益農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司，浙江 杭州 311107；2.浙江省淡水水產(chǎn)研究所，浙江 湖州 313001)

隨著人們消費(fèi)水平的提高，人們對(duì)高蛋白、低脂食品的需求越來(lái)越大。魚(yú)富含優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，很受消費(fèi)者歡迎。水產(chǎn)養(yǎng)殖是優(yōu)質(zhì)蛋白的主要來(lái)源。據(jù)估計(jì)，到2030年，全球2/3的魚(yú)類將由水產(chǎn)養(yǎng)殖提供[1]。我國(guó)是水產(chǎn)養(yǎng)殖大國(guó)，2020年，全國(guó)水產(chǎn)品總產(chǎn)量6 549.02 萬(wàn)t，其中養(yǎng)殖產(chǎn)量5 224.20 萬(wàn)t，占總產(chǎn)量的79.8%[2]，為保障食物安全發(fā)揮了重大作用[3]。但我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖同樣面臨資源約束大、勞動(dòng)生產(chǎn)率低等問(wèn)題[4]。另外，勞動(dòng)力成本大幅度提高，勞動(dòng)力老齡化問(wèn)題持續(xù)嚴(yán)峻，平均年齡已超過(guò)55周歲。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年我國(guó)漁業(yè)人口已由2016年的1 973.41萬(wàn)人下降到1 720.77萬(wàn)人，累計(jì)減少252.64萬(wàn)人，降幅高達(dá)12.80%[2]。隨著新一輪科技革命的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)代信息技術(shù)為水產(chǎn)養(yǎng)殖自動(dòng)化、智能化的發(fā)展提供了技術(shù)支撐。水產(chǎn)養(yǎng)殖精準(zhǔn)智能投喂是提高漁業(yè)信息化水平、促進(jìn)漁業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

飼料是水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)中的重要投入品，占池塘養(yǎng)殖總成本的70%，飼料投喂是否合理直接影響池塘養(yǎng)殖效果和環(huán)境生態(tài)效益[5]。傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖生產(chǎn)中采用人工投喂，存在隨意性大、飼料浪費(fèi)嚴(yán)重，殘余飼料惡化養(yǎng)殖環(huán)境、增加病害發(fā)生等諸多問(wèn)題，不但養(yǎng)殖成本增加、效益下降，而且對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了極為不良的影響，甚至給人類的健康帶來(lái)嚴(yán)重的威脅。因此，亟需開(kāi)展飼料精準(zhǔn)投喂技術(shù)研究，以保持水產(chǎn)養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展。為提高飼料利用效率，我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖飼料投喂已逐步從人工投喂過(guò)渡到自動(dòng)投喂[6]。通過(guò)設(shè)定投喂時(shí)間和投喂量，自動(dòng)投喂在很大程度上減少了養(yǎng)殖的人工成本，但國(guó)內(nèi)使用較多的是單片機(jī)控制的小型自動(dòng)投餌機(jī)[7-9]，雖能滿足一般用戶的需求，但存在投餌機(jī)料倉(cāng)小、投喂效率低、加料頻繁等問(wèn)題，另外，故障率高、可靠性較差等問(wèn)題也長(zhǎng)期存在，不能滿足池塘養(yǎng)殖高密度、大容量的要求。因此，本研究以青魚(yú)為研究對(duì)象，通過(guò)比較大容量自動(dòng)投喂智能管控系統(tǒng)與傳統(tǒng)人工投喂方式下池塘的水質(zhì)指標(biāo)、青魚(yú)生長(zhǎng)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)效益等方面差異，以期為自動(dòng)投喂技術(shù)研發(fā)與優(yōu)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并為建立標(biāo)準(zhǔn)化池塘養(yǎng)殖生產(chǎn)技術(shù)體系提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于杭州市余杭區(qū)仁和街道杭州仁益農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司，占地面積80 707 m2。養(yǎng)殖場(chǎng)地理位置優(yōu)越，水源充足，水質(zhì)良好，符合漁業(yè)生產(chǎn)的要求。池塘東西走向，池深1.6～2.0 m，黏壤土底質(zhì)，池底平坦且向排水口方向傾斜。獨(dú)立進(jìn)排水，進(jìn)水口與排水口分設(shè)在池塘的對(duì)角線上。養(yǎng)殖水質(zhì)符合《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 11607—1989)的要求。

1.2 自動(dòng)投喂系統(tǒng)構(gòu)造

大容量自動(dòng)投飼系統(tǒng)配備2個(gè)3 t料倉(cāng)、2臺(tái)下料機(jī)、1臺(tái)4.0 kW高壓風(fēng)機(jī)、4套分料出料器、1組輸料管道、1套系統(tǒng)控制柜；支持養(yǎng)殖池塘定時(shí)、定量、定點(diǎn)投飼作業(yè)，最大投飼速度為1.5 t·h-1，系統(tǒng)支持手動(dòng)、自動(dòng)、遠(yuǎn)程控制3種工作模式。系統(tǒng)采用正壓風(fēng)送原理，鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生高速氣流，飼料通過(guò)下料機(jī)與氣流混合，通過(guò)輸料管輸送至各個(gè)分料閥，最后經(jīng)過(guò)鴨嘴散料器將飼料投喂至各養(yǎng)殖區(qū)(圖1)。控制器包含2個(gè)部分，一部分為投料機(jī)控制盒，控制盒能與投料機(jī)的開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行連接，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)及控制。另一部分則為與控制盒的魚(yú)類攝食傳感器和水質(zhì)傳感器相連接，能實(shí)時(shí)讀取水體中的溶氧、水溫等參數(shù)信息，再由控制盒傳遞到服務(wù)器中(圖2)。服務(wù)器可通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，可以在手機(jī)APP或網(wǎng)頁(yè)端查看各池塘自動(dòng)投喂系統(tǒng)運(yùn)行情況，能遠(yuǎn)程操控實(shí)施投料工作。

圖1 自動(dòng)投喂系統(tǒng)

圖2 自動(dòng)投喂智能管控系統(tǒng)

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇2個(gè)5 336 m2左右的長(zhǎng)方形池塘(分別記為1號(hào)、2號(hào))作為自動(dòng)投喂組(AB組)，每天使用大容量自動(dòng)投喂設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)投喂。選擇2個(gè)面積相近的池塘(分別記為3號(hào)、4號(hào))作為對(duì)照組，對(duì)照組采用人工投喂(CON組)。

1.4 魚(yú)種放養(yǎng)

養(yǎng)殖試驗(yàn)所用的魚(yú)種為公司自培苗種，規(guī)格整齊、體質(zhì)健壯。魚(yú)種放養(yǎng)前用3%～5%食鹽溶液浸泡5～10 min，并于池塘中使用聚維酮碘溶液消毒(表1)。

表1 放養(yǎng)情況

1.5 養(yǎng)殖管理

飼料投喂青魚(yú)養(yǎng)殖用顆粒膨化配合飼料(粗蛋白含量≥35%)為主，粒徑2.0～4.0 mm。飼料定點(diǎn)投在距離岸邊2 m處，用竹竿和皮條網(wǎng)搭設(shè)5 m×6 m的食框區(qū)域，試驗(yàn)組每天使用大容量自動(dòng)投喂設(shè)備進(jìn)行投喂，日投喂2次，日投喂量視情況靈活調(diào)整，每次投喂時(shí)間為1.5～2.0 h。對(duì)照組日投喂2次，日投喂量占魚(yú)體總重的2.0%～5.0%，并根據(jù)吃食情況靈活調(diào)整，每7 d調(diào)整1次。

定期使用微生態(tài)制劑保持水體“肥、活、嫩、爽”，高溫季節(jié)，每周加注新水一次，每次加水約20 cm。堅(jiān)持每天巡塘，注意觀察和記錄水質(zhì)、天氣、魚(yú)攝食活動(dòng)及生長(zhǎng)情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

1.6 指標(biāo)測(cè)定

經(jīng)過(guò)6個(gè)月的養(yǎng)殖，每個(gè)池塘隨機(jī)選取50尾青魚(yú)，采用電子天平測(cè)量最終體重，并計(jì)算成活率和餌料系數(shù)，根據(jù)價(jià)格及產(chǎn)量指標(biāo)計(jì)算產(chǎn)值及利潤(rùn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 投喂方式對(duì)青魚(yú)池塘水質(zhì)指標(biāo)的影響

*表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

2.2 投喂方式對(duì)青魚(yú)生長(zhǎng)、飼料利用及經(jīng)濟(jì)效益的影響

不同投喂方式對(duì)青魚(yú)生長(zhǎng)、產(chǎn)量及飼料利用的影響如表2所示，自動(dòng)投喂組青魚(yú)成活率提高到95.4%～96.0%；自動(dòng)投喂組青魚(yú)規(guī)格(5.8～6.1 kg)高于人工投喂組(5.0～5.1 kg)；自動(dòng)投喂組667 m2產(chǎn)量(2 088～2 196 kg)高于人工投喂組(1 800～1 836 kg)；自動(dòng)投喂組667 m2產(chǎn)值(35 855～37 947 元)也高于人工投喂組(29 905～30 569 元)。飼料利用方面，自動(dòng)投喂組平均飼料使用比人工投喂組高294 kg，但自動(dòng)投喂組飼料系數(shù)(1.60～1.63)低于人工投喂組(1.80～1.81)。

表2 不同投喂方式青魚(yú)產(chǎn)量、產(chǎn)值及飼料利用情況

不同投喂方式的青魚(yú)成本及經(jīng)濟(jì)效益如表3所示，每667 m2自動(dòng)投喂組青魚(yú)人工成本比人工投喂組低2 400元，自動(dòng)投喂組平均飼料成本比人工投喂組高2 932.2元，其他成本比人工投喂組高500元，自動(dòng)投喂組總成本比人工投喂組高1 032.2元，自動(dòng)投喂組利潤(rùn)比人工投喂組高5 631.5元。

表3 不同投喂方式青魚(yú)成本及經(jīng)濟(jì)效益情況

3 討論

3.1 自動(dòng)投喂可在一定程度上改善養(yǎng)殖池塘水質(zhì)

3.2 自動(dòng)投喂可通過(guò)提高飼料利用率增加經(jīng)濟(jì)效益

在水產(chǎn)養(yǎng)殖中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)投料的關(guān)鍵是在一定時(shí)間內(nèi)提供適量的飼料，以滿足養(yǎng)殖魚(yú)類特定生長(zhǎng)速率的營(yíng)養(yǎng)需求。如果無(wú)法適應(yīng)魚(yú)類的攝食需求，可能會(huì)出現(xiàn)攝食不足或過(guò)量的問(wèn)題。投喂不足會(huì)影響魚(yú)的生長(zhǎng)速度，而過(guò)度投喂不僅會(huì)導(dǎo)致飼料浪費(fèi)，增加養(yǎng)殖成本[12]，而且在更大程度上決定著水產(chǎn)養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)效益[13-14]。另外，自動(dòng)投喂可降低養(yǎng)殖場(chǎng)工人的數(shù)量，對(duì)于解決當(dāng)下養(yǎng)殖勞動(dòng)力老齡化，養(yǎng)殖人口急劇下降等問(wèn)題具有重要作用。

4 結(jié)論與展望

本研究采用了大容量自動(dòng)投喂系統(tǒng)開(kāi)展青魚(yú)自動(dòng)投喂，與傳統(tǒng)投喂方法相比，自動(dòng)投喂更有利于池塘水質(zhì)控制，提高飼料利用效率及生產(chǎn)效率，降低人力、飼料和環(huán)境成本，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖投喂的精準(zhǔn)化和智能化。但對(duì)于水下感知和視頻監(jiān)控聯(lián)合分析還存在多源數(shù)據(jù)采集的復(fù)雜性和不完整性等問(wèn)題。未來(lái)的研究應(yīng)進(jìn)一步解決所遇到的問(wèn)題，接入魚(yú)類生長(zhǎng)數(shù)字模型，根據(jù)魚(yú)群當(dāng)下生長(zhǎng)周期及近期表現(xiàn)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)后一次的投喂參數(shù)，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)地基于魚(yú)類投料需求的自動(dòng)投喂，并將研究模型應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，提高養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。