鄧玉平，饒勇，劉超，文華，黃俊霖，吳宗文

(四川漁光物聯(lián)技術(shù)有限公司，四川 成都 610041)

水產(chǎn)養(yǎng)殖為社會提供了豐富的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)來源，同時對改善農(nóng)村經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、提高農(nóng)民收入起到了積極作用。水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在快速發(fā)展的同時，也給環(huán)境帶來了一定的影響。飼料投喂是水產(chǎn)養(yǎng)殖中最大的成本之一，也是勞動量最大的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)的投飼方式需要人工進行操作，根據(jù)個人經(jīng)驗粗略控制投飼量。這種方式自動化程度低、勞動量大，由于設(shè)備缺乏準確的計量功能，無法精準控制投飼量，導致飼料浪費。隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模的擴大和集約化程度的提高，傳統(tǒng)的依靠個人經(jīng)驗的投飼方式難以滿足精準高效養(yǎng)殖需要，必須采用自動化裝備、智能化控制技術(shù)和信息化管理系統(tǒng)提高技術(shù)水平。智能投喂是基于各類傳感器獲取環(huán)境和魚群的信息、結(jié)合相關(guān)算法模型進行決策投喂的方式，是實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖最佳投喂效率的重要手段之一。

一、材料和方法

1.智能精準投飼系統(tǒng)的構(gòu)造及原理

智能精準投飼系統(tǒng)由投飼設(shè)備(料倉、供料機構(gòu)、投料機構(gòu)等)、控制柜、投飼管理軟件等部分組成。通過運料車上的輸送設(shè)備將散裝料直接裝入料倉，實現(xiàn)飼料出廠、運輸、裝料和投料全程機械化作業(yè)(圖1)。投飼機采用稱重模板實時計量料倉內(nèi)的飼料重量，結(jié)合可編程邏輯控制器程序進行控制，實現(xiàn)設(shè)備投飼量精準控制和全自動運行(圖2)。控制系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡(luò)與投飼管理軟件對接，實現(xiàn)投飼遠程管控與集成管理。

圖1 運料車及投飼裝備

圖2 投喂控制柜

國家漁業(yè)機械儀器質(zhì)量檢測中心對投飼設(shè)備進行了檢測(編號2021SW033)，主要檢測指標見表1。

表1 主要技術(shù)指標

2.飼養(yǎng)試驗

智能精準投飼系統(tǒng)在安徽省馬鞍山市和縣善厚鎮(zhèn)漁光一體基地進行。養(yǎng)殖池塘為漁光一體池塘，池塘面積在100畝左右，光伏區(qū)占整個養(yǎng)殖池塘面積的70%，光伏區(qū)水深為0.6～0.8米，非光伏區(qū)養(yǎng)殖水深1.2～1.5米。鑒于漁光一體池塘的水體較淺，池塘采用低密度養(yǎng)殖。池塘主要養(yǎng)殖草魚，搭配花鰱、白鰱等調(diào)水魚。草魚于2020年4月3日放養(yǎng)，放養(yǎng)平均規(guī)格為6.2克/尾。

為驗證智能精準投飼系統(tǒng)的應用效果，項目組選擇6口池塘進行草魚養(yǎng)殖，傳統(tǒng)投喂組采用人工投喂草魚浮性料，智能精準投飼組采用智能精準投飼設(shè)備投喂浮性料。每組設(shè)置3個重復。

二、結(jié)果與分析

1.養(yǎng)殖結(jié)果

當年10月下旬至11月中旬對草魚進行清塘售賣，售賣平均規(guī)格在1 500克/尾以上(表2)。從養(yǎng)殖效果來看，智能精準投飼組的特定生長率(SGR)顯著高于傳統(tǒng)投飼組的特定生長率，高出9.69%，平均縮短養(yǎng)殖天數(shù)22天，讓草魚能提早上市；智能精準投飼組的飼料系數(shù)顯著低于傳統(tǒng)投飼組的飼料系數(shù)，降低13.67%。以特定生長率和飼料系數(shù)為評價指標，智能精準投飼組的養(yǎng)殖效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)投飼組。

表2 傳統(tǒng)投飼組與智能精準投飼組養(yǎng)殖效果對比

智能精準投飼優(yōu)于傳統(tǒng)投飼，一方面可能因為智能投飼設(shè)備拋撒節(jié)奏與養(yǎng)殖對象的攝食節(jié)奏吻合。智能精準投飼設(shè)備對單餐次的投喂過程進行分解，滿足魚群聚集、搶食、逐漸分散的過程，提高攝食效率。根據(jù)水產(chǎn)養(yǎng)殖中的投喂經(jīng)驗，將投喂過程分為多個階段：初步階段，主要是吸引魚群進行聚集；高速投喂階段，魚群開始搶食，高速投喂?jié)M足攝食要求；結(jié)束階段，部分魚群已基本攝食完成，降低投喂速率，以滿足整個魚群的投喂量。在控制投喂的過程中，風送系統(tǒng)采用間隔下料、持續(xù)鼓風風送的方式進行。通過調(diào)整單次下料的持續(xù)時間，兩次下料的間隔時間來調(diào)整投喂速率。避免了飼料在水中長時間浸泡，減少了飼料營養(yǎng)的流失，從而降低了飼料系數(shù)、提高了生長速度。另一方面，可能因為智能精準投飼系統(tǒng)的拋撒范圍更大、投喂更均勻，保證飼料在攝食區(qū)水面均勻分布，力求個體都有充分攝食的機會，避免群體聚集搶食消耗體能及造成飼料沉底浪費。

2.養(yǎng)殖效益

水產(chǎn)養(yǎng)殖智能精準投飼系統(tǒng)主要通過以下幾個方面提高養(yǎng)殖效益。

(1)大幅降低勞動力成本。使用智能精準投飼裝備前，800畝的養(yǎng)殖基地按照每100畝配備1個養(yǎng)殖工人，需要8個養(yǎng)殖工人，人工成本為48萬元；應用智能精準投飼系統(tǒng)后，配備養(yǎng)殖人員2個及設(shè)備管理人員1個(10萬元/年)，年人工成本為22萬元，節(jié)約勞動力費用26萬元，勞動力成本降低54%。

(2)減少飼料包裝成本。智能精準投飼系統(tǒng)采用散裝料車進行加料，不需要進行飼料包裝，每噸飼料的包裝費按照80元計算，則節(jié)約包裝費用2.64萬元。

(3)提高草魚的生長速度及飼料系數(shù)。從應用案例中可知，應用智能精準投飼系統(tǒng)能縮短養(yǎng)殖天數(shù)20天左右。以2019年的養(yǎng)殖行情來看，提前20天出魚，售價可提高0.4元/千克，養(yǎng)殖基地共計199 722千克，可提高7.99萬元的直接養(yǎng)殖收益。飼料系數(shù)降低13.6%，草魚飼料按照4 800元/噸計算，同樣生產(chǎn)174噸草魚，飼料成本可降低19.2萬元。

綜上，通過節(jié)約勞動力、包裝成本、降低飼料系數(shù)等方面，每年可提高經(jīng)濟收入55.83萬元。每套智能精準投飼系統(tǒng)需要投入經(jīng)費10萬元，投入6套，基地共需投入60萬元，按折舊5年計算，則每年費用為12萬元；自動上料車每年費用按照2萬元計算，則每年投入14萬元。通過計算可知，使用智能精準投飼設(shè)備，該基地效益每年可增加41.83萬元。

三、討論

池塘養(yǎng)殖過程中需要人工搬運飼料，勞動強度大、人工成本高?，F(xiàn)有投飼設(shè)備缺少稱量和自動控制功能，存在投飼量控制不精準、自動化程度低、難以集成管控等問題。本文基于自動計量投飼控制技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)遠程控制技術(shù)，以草魚為研究對象，結(jié)合草魚的攝食節(jié)奏進行分階段投飼，實現(xiàn)了對投喂量的精準控制。

自動計量投飼控制技術(shù)是將大容量的料倉作為飼料的倉儲機構(gòu)，并在料倉的下方平臺上安裝3只稱重傳感器，對每次投喂飼料的重量和剩余飼料進行準確計量。投飼設(shè)備通過內(nèi)部控制裝置或遠程控制軟件設(shè)定投飼時間、投飼重量、投飼速度等參數(shù)并自動進行投飼作業(yè)，每天可設(shè)置多次投飼作業(yè)任務(wù)，解決了投飼量只能通過投喂時間進行估算的粗略投喂問題。

判斷、分析魚的攝食行為是進行智能投飼的前提。本文利用草魚的攝食特點——“兩頭慢、中間快”，在控制投喂的過程中采用間隔下料、持續(xù)鼓風風送的方式調(diào)整投喂過程中的投飼速度。基于魚攝食行為的智能投飼技術(shù)包括基于機器視覺魚攝食反饋以及利用聲學、水質(zhì)參數(shù)變化的智能投飼技術(shù)。這些技術(shù)還在研發(fā)階段，真正用于實際生產(chǎn)的較少。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立遠程管控系統(tǒng)，具備設(shè)備控制、信息采集、信息管理的投飼管理軟件，通過網(wǎng)頁、小程序等方式實現(xiàn)對投喂設(shè)備的啟?？刂?、參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)監(jiān)測；實現(xiàn)環(huán)境信息、魚信息、設(shè)備信息等的采集；實現(xiàn)養(yǎng)殖環(huán)境信息、投喂信息的統(tǒng)計、分析、查詢等信息管理功能。解決了“人必須在現(xiàn)場”的問題，提升投喂管理工作效率。

四、應用范圍及展望

水產(chǎn)養(yǎng)殖智能精準投飼系統(tǒng)實現(xiàn)了飼料儲存、精準稱量、遠距離輸送、遠程智能控制等功能，適用于規(guī)模化高密度精養(yǎng)池塘養(yǎng)殖、設(shè)施化高密度養(yǎng)殖以及海域、水庫、湖泊等的圍網(wǎng)或網(wǎng)箱養(yǎng)殖，尤其適合魚的養(yǎng)殖。

水產(chǎn)養(yǎng)殖面臨勞動力匱乏和高成本且勞動力老齡化突出等問題，水產(chǎn)養(yǎng)殖智能精準投飼系統(tǒng)可以大幅減少飼料投喂環(huán)節(jié)的勞動力需求，減小勞動強度，避免養(yǎng)殖工人在惡劣的天氣環(huán)境下的投飼工作。智能精準投飼系統(tǒng)能使用散裝料進行養(yǎng)殖，可以節(jié)約包裝材料的費用，同時也避免了包裝材料對環(huán)境的污染。另外，智能精準投飼系統(tǒng)的飼料拋撒面積更廣，更均勻，投喂量更符合魚的攝食需求，可以提高飼料利用率，增加養(yǎng)殖效益。所以，水產(chǎn)養(yǎng)殖智能精準投飼系統(tǒng)的推廣應用是水產(chǎn)養(yǎng)殖現(xiàn)代化、設(shè)施化、智能化發(fā)展的必然趨勢。