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水產養殖投餌機發展現狀分析

2023年10月17日

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摘要:隨著水產養殖業的迅猛發展,自動投餌機在國內外都獲得了廣泛的應用。我國投餌機對比國外先進投餌裝置在系統化、自動化、精確度等方面仍有所欠缺。本文針對我國投餌機的發展歷程,並圍繞投餌機的應用特點,對投餌機發展進行介紹,同時列舉國內外的新型投餌機研究成果,藉此展望投餌機在未來的發展方向。
關鍵詞:投餌機;水產養殖;自動投飼;智能控制
改革開放以來,我國水產養殖業發展迅猛。隨著養殖規模的擴大,人工投飼的不足逐漸凸顯出來,例如工作量大、效率低、拋撒不均勻,而且受人體力、環境、天氣等因素影響大等。這些因素影響養殖對象的正常生長,增加了養殖成本[1]。因此,大力推廣自動投餌機的使用是解放養殖者勞動力、節省時間、減少飼料浪費、提高經濟效益的重要舉措。國內投餌機的研發始於上世紀80年代,隨即被投入使用[2]。到90年代中期以後,養殖戶逐漸認識到使用魚塘投餌機可以提高飼料利用率,產銷量才開始大幅度提高。當前國內大部分的投餌機智能化程度較低,主要是以機械化取代人工投飼。相對而言,國外在自動投飼領域發展水平較高,許多國家都有較為完善的智能化投飼系統[3-6],自動投餌機作為系統中的一個單元,受中央控制系統操控,基本實現系統化、精確化、智能化,如圖1所示。
1我國投餌機發展現狀
我國水產行業規模巨大,是世界上第一水產養殖大國,可對比於國外的養殖設施水平,我國的水產行業發展卻相對滯後,自動化程度較低,尤其體現在投飼方面。多年來,我國對於自動投飼的研究從未止步,並取得一定的成果,成功研發了一些高端自動投餌裝備,見圖2。21世紀初期,我國投餌機的年產量已經達到16萬台,產量僅次於增氧機。到如今,自動投餌機在我國已被廣泛使用於水產養殖行業,根據其應用環境、投料形式、動力來源的不同可分為多種類型。在各類自動投餌機中,以池塘投餌機的應用最為廣泛。首台池塘自動投餌機由中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所在1978年研製成功[2]。我國大部分的池塘投餌機採用拋灑投喂,根據池塘大小,其拋撒範圍在10~50m2[7],每台使用的面積約0.33~1hm2[8]。池塘投餌機雖然初步做到定時定量,然而飼料拋灑不均勻,拋灑面積有限,無法做到精確投喂,不但會導致飼料浪費和水質污染還會對池塘內養殖對象的平均長速存在一定影響。對於其它養殖環境,還有網箱投餌機與室內工廠化投餌機等類型的自動投餌機。網箱投餌機又根據網箱使用狀況的不同分為水面網箱投餌機與深水網箱投餌機,此類投餌機由河南省水產科學研究院發明並申請專利[9]。網箱投餌機直接將飼料拋撒在25m2(長5m×寬5m)的網箱水面中央,拋撒面積約在2.8~3.2m2[10]。養殖時,網箱周邊飼料會隨著水流湧出造成浪費,因此網箱投餌機的投飼區域需位於網箱中央且投飼面積不能過大,安裝方式可選擇懸掛於網箱上方,但需考慮抗風浪能力及穩定性。室內工廠化投餌機[11]一般用於用於工廠化養魚和溫室養魚,這種投餌機每次拋撒的飼料數量不多,但很均勻精確,一般拋撒面積在0.8~1.2m2。此類投餌機可以聯網監控,實現遠距離的自動化管理。其養殖成本較高,但可以實現精確投喂和魚類生長狀況的實時反饋,這類智能投餌機是目前智能控制投飼系統的縮影。除了適用於不同養殖環境的自動投餌機,還有採取不同投料方式的離心式投餌機、風送式投餌機[12]、下落式投餌機,以及採用不同動力源的電力投餌機[7]、太陽能投餌機[13]、內燃機投餌機[7]等等。以上各種類型自動投餌機均適應不同的養殖環境與養殖對象,極大提高了養殖效率,但基本上都存在一定的缺陷,例如智能化程度低、精度不足、受天氣環境因素影響大、存在一定安全隱患等等。當前自動投餌機種類按照不同的分類方法分為多種類別,如圖3所示。對比於傳統的人工投飼,自動投餌機在我國的使用已相對廣泛,解決了費時、費工、勞動強度大、浪費飼料等諸多弊端,可仍存在許多問題。其中就包括安全隱患問題、拋投均勻性較差的問題以及智能化程度較低的問題[14]。圖3自動投餌機分類投餌機的安全事故近年來頻繁發生,主要是由於投餌機機殼帶電,養殖戶觸電落水身亡[14]。投餌機長期處於水上作業,容易受潮發生故障,工作環境不確定,經常處於無遮蓋、條件惡劣的戶外工作環境。許多戶外的不確定因素,如雷擊、線路老化、鼠類啃食等,都會導致投餌機故障和漏電。故障的投餌機會運轉異常甚至停止運轉,部分養殖戶缺乏足夠的安全意識與用電知識,容易造成觸電。而投餌機長期工作容易導致線路老化從而漏電,養殖戶下水進行工作時也可能發生觸電。投餌機造成的觸電事故屢見不鮮,除了要求養殖戶具備足夠的安全意識和用電知識以外,還需要製造廠商進行足夠的耐壓測試,保證投餌機的質量與可靠性。從未來的投餌機研究趨勢來看,應以提高投餌機的安全性,保障養殖人員的人身安全為前提。在2009年,我國漁業機器質量監督檢驗中心修訂了投餌機行業標準,五家代表性投餌機製造企業被選中進行了「拋投均勻性」實驗。通過匯總結果得知,機械離心式投餌機的拋投均勻性普遍較差。究其原因是拋投盤的安裝角度不合理。因此,投餌機生產企業應仔細校對拋投盤起始角度,並進行「拋投均勻性」試驗,選定適宜拋投角度,確保均勻性,實現飼料均勻分布[14]。目前的投餌機僅可以做到定時定量投飼,卻不能理想控制投飼速度和拋撒面積。養殖對象對飼料的需求量、長速以及飼料的轉化率都是根據水溫、氧濃度、水流速度、光照強度和白晝長度的改變而改變,同時也受飼料品質與養殖對象的年齡、成熟度、性別、激素水平等生理因素影響[14]。傳統投飼機的養殖戶幾乎難以精確掌握最能滿足養殖對象需求的投飼水平。因此,國內諸多專家和企業正試圖實現投飼系統的智能控制。這類投飼系統大多以PLC為核心,例如胡昱和郭根喜研發的基於PLC的深水網箱自動投餌系統,該系統通過繼電接觸器來控制各個設備的啟動停止、動態定時、定點以及定量的投飼,實現精確投飼[15]。趙思琪和丁為民研發的基於模糊邏輯控制的魚塘養殖精準投飼系統[16],該系統通過水質監測系統獲取水體水質參數,再根據投飼決策模型計算出投飼量,完成精確投飼作業。此類投餌裝置較為智能化,具備較高精度,但設計複雜、價格高、適應面窄,對於我國不同地域以及不同種類養殖對象無法做到絕對適配,缺少囊括不同水體水質狀況與不同水產生物生長特徵的投喂資料庫,不能普及使用。較為簡單的自動投餌設備有洪揚、陳曉龍研發的蟹、蝦養殖池塘移動投飼裝置[17],該裝置可以實現自動行走投飼,具有投飼均勻、投飼範圍廣等優點。劉思、羅艷媚、俞國燕研發的軌道式自動投飼系統具有操作簡便、投飼均勻、精確度高等優點,可實現上料、行走、投飼於一體的定點、定時、定量全自動化飼料投喂,且運行狀態和歷史數據可實時查詢等功能[18]。此類投餌裝置雖然實現了投喂的高精度與自動化,但在智能化程度上有所欠缺,沒有線上的實時監控以及數據反饋,不利於總結最適合養殖對象的養殖投喂數據。
2國外投餌機發展現狀
國外的自動投餌機廣泛應用於室內工廠化養殖,如今已發展成為室內工廠化循環水養殖的大型自動投飼系統,其中包括多單體集中控制式自動投喂系統以及自動投飼機器人系統[3]。自動投飼系統在挪威、德國、美國等已開發國家皆普遍適用於室內工廠化養殖,在飼料傳運、儲存和投放等多個環節都保證著相當精確的數量控制[19],如圖4所示。適用於陸基養殖工廠、大網箱、魚苗孵化場的自動投飼系統被加拿大相關企業成功研發問世,此類系統針對部分養殖對象開發出不同的投飼控制軟體[3],實現高精度控制與數據分析智能養殖。目前世界上深水網箱的自動投飼系統中使用最多的模式之一為美國企業研製出的專為深水網箱設計的具有高精確性、高可靠性、大容量的投喂管理系統。芬蘭相關企業研發的機器人投飼系統則主要針對陸基養殖,這套系統由小型漏斗形投飼單元組成,這些投飼單元沿著養殖池上方的軌道移動在各個養殖池之間。系統通過中心計算機控制系統實現無人操作,池與池之間設置不同的投飼程序[4]。日本機械製造企業研發的自動投飼系統施行小料倉投喂模式,在各個深水網箱上方懸掛小型料倉,各料倉通過計算機和控制面板控制投料,多個料倉也可以進行集中控制,還可以通過手機來實現遠程操控[5]。挪威漁業裝備企業研製的自動投飼系統由管理系統直接控制風機與下料器,實時調節出料量,同時控制在線監測系統並接收在線系統的反饋數據,主要包括各傳感器測量的pH、含氧量、溫度等水質參數[6],其投喂系統如圖5所示。國外的自動投飼系統已經擺脫了傳統的單體自動飼料機,形成了高智能化的自動投飼養殖系統,適用於高標準的養殖對象,建立高指標的養殖要求,成本和技術需求較高,適用範圍較小。這類投飼系統的關鍵在於其控制軟體的優劣,而我國的大部分養殖對象的價值較低,並不適用這類高端軟體的開發與使用。因此,此類高智能化養殖系統的建立,需要擴大我國優質水產品的養殖規模。
3結論與展望
我國目前的養殖模式和養殖環境決定了還不能應用先進的智能投飼系統。許多小型養殖戶在魚塘中還是只能使用小型的電力自動投餌機。而在海洋牧場中,尤其是在遠離海岸的養殖區,沒有電力供應,養殖戶依然採用人工投喂,如果遇到風浪或陰雨天,投喂難度成倍增加,既威脅養殖戶人身安全又影響投喂效果,降低了收益。對此,自動投餌機在未來的首要發展方向為具備一定可靠性的清潔能源投餌機,輔以高精密度的智能投飼控制系統,實時監控,並反饋魚類生長狀況,自動定時定量投喂,做到真正的智能投飼、科學養殖。而且在投飼系統的組成方面可採用模塊化設計,投餌機機械本體模塊、中央控制裝置模塊、客戶端模塊等單獨設計,單獨選購,通過模塊組裝做到適應各種水體環境、適合多種養殖對象、適用不同養殖群體的全類型智能投飼系統。
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[18]劉思,羅艷媚,俞國燕.軌道式自動投飼系統設計與試驗[J].漁業現代化,2018,45(01):27-32.
[19]莊保陸,郭根喜.水產養殖自動投餌裝備研究進展與應用[J].南方水產,2008(04):67-72.
作者:於澤 姜忠愛 張靖鐸 肖冰峰 曹其政 顧宗文 單位:大連海洋大學

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