文章編號：1674-2419（2024）02-0169-06

作者簡介：江曉中（1986.12- ），男，漢族，江蘇蘇州人。蘇州市吳中區(qū)水產(chǎn)技術(shù)推廣站助理工程師。主要從事推廣水產(chǎn)養(yǎng)殖與病害防治技術(shù)、水生動物疫病檢驗(yàn)檢疫和預(yù)防控制、漁業(yè)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測等工作。E-mail：mthgh6_a@yeah.net。

摘" 要：該研究分別利用傳感系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和信息化環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)對池塘水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，對pH值、氨氮含量、亞硝酸鹽含量、硫化氫含量、水體溫度和溶解氧6種水質(zhì)因子對水體環(huán)境的影響進(jìn)行分析。將分析結(jié)果作為調(diào)控參數(shù)的依據(jù)，構(gòu)建相應(yīng)的水質(zhì)調(diào)控模型，根據(jù)水質(zhì)情況選擇合適的調(diào)控手段，對調(diào)控模型的輸出結(jié)果進(jìn)行控制，完成了對池塘水質(zhì)的調(diào)控。

關(guān)鍵詞：水生動物；池塘養(yǎng)殖；水質(zhì)調(diào)控；水質(zhì)因子

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，給養(yǎng)殖戶帶來了極大的收益。但是，由于養(yǎng)殖空間有限，加上養(yǎng)殖戶過于追求產(chǎn)量而濫用藥物，導(dǎo)致養(yǎng)殖池塘水質(zhì)環(huán)境遭到了破壞，水質(zhì)環(huán)境嚴(yán)重惡化。池塘水質(zhì)環(huán)境惡化給水產(chǎn)養(yǎng)殖帶來了諸多問題，如水體受到有害物質(zhì)的污染，限制水生動物的生長，降低水生動物的生產(chǎn)量，威脅到水生動物的生命安全，影響到水生動物的健康等，這些問題的出現(xiàn)導(dǎo)致池塘水生動物的收益下降。為了恢復(fù)池塘水質(zhì)生態(tài)環(huán)境，提高池塘的生產(chǎn)力，需要對池塘水質(zhì)進(jìn)行調(diào)控。以往的水質(zhì)調(diào)控技術(shù)雖然能夠起到一定作用，但無法增加水生動物的產(chǎn)量，因此，在上述背景下，不少研究學(xué)者提出了自己的水質(zhì)調(diào)控方法。

王琳針對池塘水質(zhì)惡化的原因進(jìn)行分析，從池塘水質(zhì)的內(nèi)源污染和外源污染出發(fā)，分別對池塘水質(zhì)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對池塘水質(zhì)的調(diào)控和改善。試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法調(diào)控效果不佳。覃玲對池塘養(yǎng)殖水質(zhì)進(jìn)行分析，針對池塘水質(zhì)中含有的多種有機(jī)物進(jìn)行調(diào)控試驗(yàn)，在試驗(yàn)中尋求較為可行的調(diào)控方式，生成具有可行性的池塘水質(zhì)調(diào)控方案，試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法的調(diào)控周期過長。宋麗姿將池塘水域生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)能力作為基礎(chǔ)，通過人為調(diào)控技術(shù)對池塘水質(zhì)中的有機(jī)物含量調(diào)控，有效地降低了池塘水體有害物質(zhì)含量，提高了池塘水質(zhì)的生產(chǎn)能力，但試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法的調(diào)控成本較高。

該試驗(yàn)在以往研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了淡水養(yǎng)殖池塘水質(zhì)調(diào)控技術(shù)。通過對池塘水質(zhì)的實(shí)時監(jiān)測，觀測池塘水質(zhì)中有機(jī)物的含量變化，從各個角度，利用多種調(diào)控手段對池塘水質(zhì)進(jìn)行調(diào)控處理，實(shí)現(xiàn)對池塘水質(zhì)的調(diào)控。該調(diào)控技術(shù)能夠提高池塘水質(zhì)的質(zhì)量，對池塘的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少對周圍生態(tài)系統(tǒng)的傷害，提高池塘水生動物的產(chǎn)量，促進(jìn)池塘養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展，該調(diào)控技術(shù)能夠促進(jìn)池塘水域生態(tài)系統(tǒng)的良性發(fā)展，對于相關(guān)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展有著一定的借鑒意義。

1" 材料與方法

1.1" 試驗(yàn)準(zhǔn)備

為實(shí)施淡水養(yǎng)殖池塘水質(zhì)調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用，選取蘇州太湖現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園淡水水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘作為試驗(yàn)對象，并對水塘采取相關(guān)調(diào)控措施。選用的池塘占地面積為6畝，水深約為2 m，其中水產(chǎn)養(yǎng)殖槽內(nèi)設(shè)15條，分別放養(yǎng)15種水生動物。實(shí)驗(yàn)過程中，在池塘中設(shè)置了不同的采樣點(diǎn)，對池塘的實(shí)時情況進(jìn)行監(jiān)測。其采樣點(diǎn)的設(shè)置如圖1所示。

如圖1所示，試驗(yàn)過程中，根據(jù)上述采樣點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)池塘水體環(huán)境中的水質(zhì)因子的含量。同時，對試驗(yàn)期間氣溫和池塘水體溫度的變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示。

1.2" 水質(zhì)調(diào)控因子設(shè)定

為了實(shí)現(xiàn)對池塘水質(zhì)的有效調(diào)控，需要利用傳感器對池塘水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，根據(jù)實(shí)時監(jiān)測結(jié)果，采取相應(yīng)的池塘水質(zhì)調(diào)控手段。在池塘養(yǎng)殖的過程中，對水產(chǎn)品產(chǎn)量起到?jīng)Q定性作用的因子，分別為池塘水質(zhì)的pH值、氨氮含量、亞硝酸鹽含量、硫化氫含量、水體溫度和溶解氧等6種因子。不同的水質(zhì)因子有著不同的作用，對水產(chǎn)品的影響也不同。水質(zhì)因子對池塘水體的影響如表1所示。

通過對水質(zhì)因子特性和危害的分析，了解到水質(zhì)因子對水質(zhì)環(huán)境的影響。在對其進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測時，如果采用人工監(jiān)測的方式，想要掌握水質(zhì)因子含量的變化是不可能的。因此，在試驗(yàn)中，利用傳感器對其進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時性，為后續(xù)構(gòu)建相應(yīng)的水質(zhì)調(diào)控模型奠定基礎(chǔ)。

1.3" 構(gòu)建池塘水質(zhì)調(diào)控模型

將上述監(jiān)測到的水質(zhì)因子實(shí)時數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，根據(jù)檢測結(jié)果，構(gòu)建相應(yīng)的池塘水質(zhì)調(diào)控模型。在構(gòu)建調(diào)控模型時，為保證調(diào)控結(jié)果的有效性，需要采取多種調(diào)控手段進(jìn)行調(diào)控。在試驗(yàn)中，為了更好使用調(diào)控手段，需要對比不同調(diào)控手段的優(yōu)缺點(diǎn)。其具體對比結(jié)果如表2所示。上述四種調(diào)控手段各有缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，在試驗(yàn)時，采用了協(xié)同調(diào)控的方式，即將所有調(diào)控手段的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，對池塘進(jìn)行有效調(diào)控。同時，在調(diào)控過程中，考慮到池塘水體環(huán)境的實(shí)際情況，進(jìn)行了調(diào)控手段的選擇。

構(gòu)建的水質(zhì)調(diào)控模型如圖3所示，通過對池塘水質(zhì)因子的實(shí)時監(jiān)測，將監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行信息化處理，采取適當(dāng)?shù)恼{(diào)控手段，輸出相應(yīng)的調(diào)控結(jié)果，完成對池塘水質(zhì)調(diào)控模型的構(gòu)建。

1.4" 確定調(diào)控技術(shù)

在試驗(yàn)中，為保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，將上述池塘劃分為3個區(qū)域，每個區(qū)域?yàn)?畝，采用3種不同的調(diào)控技術(shù)對其進(jìn)行調(diào)控，調(diào)控時間為3個月（5月15日～7月30日），對比3種方法的調(diào)控效果。其中，基于傳感技術(shù)調(diào)控系統(tǒng)調(diào)控技術(shù)為技術(shù)1，基于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)控技術(shù)為技術(shù)2，基于信息化環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的調(diào)控技術(shù)為技術(shù)3。

1.4.1" 傳感器系統(tǒng)調(diào)控技術(shù)

淡水養(yǎng)殖的池塘水質(zhì)調(diào)控技術(shù)使用傳感器對池塘水體的水質(zhì)狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。傳感器可以測量多種水質(zhì)因子，包括pH值、硫化氫含量、水體溫度和溶解氧含量等。這些傳感器被安裝在池塘中，并將所測得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)進(jìn)行處理。通過控制系統(tǒng)對傳感器所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解不同水質(zhì)因子對水體環(huán)境的影響程度，進(jìn)而評估水體質(zhì)量狀況。根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)控手段來優(yōu)化池塘水質(zhì)環(huán)境。調(diào)控手段可以包括：添加藥劑、注水補(bǔ)水、通風(fēng)和曝氣、生物處理、水體循環(huán)。這些調(diào)控手段根據(jù)具體情況單獨(dú)或組合使用，以達(dá)到調(diào)節(jié)池塘水質(zhì)的目的。控制系統(tǒng)通過分析傳感器數(shù)據(jù)和根據(jù)預(yù)設(shè)的水質(zhì)調(diào)控模型，判斷適當(dāng)?shù)恼{(diào)控手段和參數(shù)，并對調(diào)控設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的控制?？刂葡到y(tǒng)是具有智能化功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以自動地對水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)控。在上述過程中采用的設(shè)備包括傳感器、控制系統(tǒng)、藥劑添加裝置、曝氣裝置、水流循環(huán)裝置等。通過合理布局和連接這些設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對水質(zhì)的全面監(jiān)測和調(diào)控。

1.4.2" 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)控技術(shù)

基于物聯(lián)網(wǎng)的淡水養(yǎng)殖池塘水質(zhì)調(diào)控技術(shù)是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對養(yǎng)殖池塘水質(zhì)的實(shí)時監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析和智能調(diào)控。該技術(shù)通過連接水質(zhì)傳感器、水泵控制系統(tǒng)、氧氣增氧設(shè)備、溫度控制設(shè)備和自動喂食設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)對養(yǎng)殖池塘水質(zhì)的智能調(diào)節(jié)。當(dāng)傳感器采集的水質(zhì)數(shù)據(jù)上傳到云平臺后，通過云平臺的分析和處理，根據(jù)設(shè)定的閾值和模型，云平臺可生成相應(yīng)的調(diào)控指令，這些指令通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)傳送到連通的設(shè)備，如水泵、增氧設(shè)備、溫度控制設(shè)備等，控制它們的工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)養(yǎng)殖池塘的水質(zhì)。

1.4.3" 信息化環(huán)境系統(tǒng)調(diào)控技術(shù)

基于信息化環(huán)境監(jiān)測的淡水養(yǎng)殖池塘水質(zhì)調(diào)控技術(shù)利用水質(zhì)傳感器通過實(shí)時監(jiān)測池塘的水質(zhì)參數(shù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器。數(shù)據(jù)采集器將采集到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至信息平臺，并進(jìn)行實(shí)時分析和處理。信息平臺根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則和模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，生成可視化的指標(biāo)、報告和警報，提供給養(yǎng)殖場主進(jìn)行決策。養(yǎng)殖場主根據(jù)信息平臺的建議，調(diào)控設(shè)備進(jìn)行水質(zhì)調(diào)節(jié)，以維持池塘水質(zhì)在適宜范圍內(nèi)。

1.5" 實(shí)施池塘水質(zhì)調(diào)控

利用上述構(gòu)建的水質(zhì)調(diào)控模型，實(shí)現(xiàn)池塘水質(zhì)的調(diào)控。先對水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行分析，根據(jù)分析的結(jié)果，對水體環(huán)境中水質(zhì)因子的含量進(jìn)行趨勢預(yù)測，根據(jù)預(yù)測的結(jié)果，對其進(jìn)行調(diào)控處理。為保證調(diào)控結(jié)果的有效性，需要對構(gòu)建的函數(shù)模型進(jìn)行控制。其具體控制過程如圖4所示。

在過程中，利用控制參數(shù)，對模型的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對池塘水質(zhì)的調(diào)控。其控制參數(shù)的計(jì)算過程如下所示：

λi=∑ni=0xin×xi－xi－12

在上述公式中，λi表示水質(zhì)因子的控制參數(shù)，xi表示某天水質(zhì)因子的含量，n表示統(tǒng)計(jì)的天數(shù)，xi－1表示前一天水質(zhì)因子的含量。通過上述公式，計(jì)算水質(zhì)因子的控制參數(shù)。通過上述參數(shù)，完成對池塘水質(zhì)的有效調(diào)控。

2" 結(jié)果

試驗(yàn)以水質(zhì)因子中pH值、亞硝酸鹽、氨氮含量、溶解氧等四種作為評價指標(biāo)，對比3種調(diào)控技術(shù)的效果。在試驗(yàn)過程中，對不同試驗(yàn)階段中3種調(diào)控技術(shù)系統(tǒng)下水質(zhì)因子的含量進(jìn)行記錄。其具體記錄結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，在3種調(diào)控技術(shù)的作用下，池塘水質(zhì)發(fā)生了變化。其中，在技術(shù)1的作用下，池塘水質(zhì)中水質(zhì)因子含量發(fā)生了較大幅度的改變，pH值得到了有效改變，水質(zhì)由原本的堿性水質(zhì)轉(zhuǎn)變成適合水生動物生存的中性水質(zhì)，亞硝酸鹽和氨氮含量都得到大幅度減少，溶解氧的含量得到了上升。在利用技術(shù)2和技術(shù)3對池塘水質(zhì)進(jìn)行調(diào)控后，池塘水質(zhì)并未得到明顯改變。其中，pH值的增加，導(dǎo)致水質(zhì)更加不適合水生動物生活。由此可知，在技術(shù)1的作用下，池塘水質(zhì)的pH值為7.5，亞硝酸鹽含量為0.01 mg/L、氨氮含量為0.02 mg/L、溶解氧含量為8.2 mg/L，適合水生動物的生存。

3" 討論

在試驗(yàn)測試中，利用調(diào)控技術(shù)對其進(jìn)行調(diào)控處理，能夠有效改善池塘水質(zhì)，為水生動物營造一個適合生存的水質(zhì)環(huán)境。通過對池塘水質(zhì)的實(shí)時監(jiān)測，該設(shè)計(jì)的調(diào)控技術(shù)構(gòu)建相應(yīng)的水質(zhì)調(diào)控模型，利用多種調(diào)控手段，實(shí)現(xiàn)了對水質(zhì)的調(diào)控。該設(shè)計(jì)能夠有效提高水生動物的生產(chǎn)效益，促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的快速發(fā)展。此外，由于水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的復(fù)雜性，該試驗(yàn)還存在些許不足，無法對水質(zhì)環(huán)境進(jìn)行更有效控制，這將在之后的研究中不斷完善。

綜上所述，該試驗(yàn)設(shè)計(jì)的調(diào)控技術(shù)通過對池塘水質(zhì)的實(shí)時監(jiān)測，構(gòu)建相應(yīng)的水質(zhì)調(diào)控模型，利用多種調(diào)控手段，實(shí)現(xiàn)了對水質(zhì)的調(diào)控。在實(shí)驗(yàn)測試中，文章將蘇州太湖現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園淡水養(yǎng)殖池塘作為實(shí)驗(yàn)對象，利用設(shè)計(jì)的調(diào)控技術(shù)對其進(jìn)行調(diào)控處理，能夠有效改善池塘水質(zhì)，為水生動物營造一個適合生存的水質(zhì)環(huán)境。水質(zhì)調(diào)控技術(shù)能夠有效提高水生動物的生產(chǎn)效益，促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的快速發(fā)展。該調(diào)控技術(shù)還存在些許不足，由于水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的復(fù)雜性，無法對水質(zhì)環(huán)境進(jìn)行有效控制，在之后的研究中將會不斷完善。

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Research on water quality control technology for freshwater aquaculture ponds

JIANG Xiaozhong

（Suzhou City Wuzhong District Aquatic Technology Promotion Station， Suzhou 215104， Jiangsu China）

Abstract：The project used the sensing system， Internet of Things system and information-based environmental monitoring system to monitor the water quality of the pond in real time， and analysed the impact of six water quality factors on the water environment， namely， pH value， ammonia nitrogen content， nitrite content， hydrogen sulphide content， water body temperature and dissolved oxygen. The results of the analysis were used as the basis for the regulation parameters， the corresponding water quality regulation model was constructed， the appropriate regulation means were selected according to the water quality situation， and the output results of the regulation model were controlled to complete the regulation of the pond water quality.

Keywords：aquatic animals; pond culture; water quality control; water quality factors