基于智能管理平台的山塘养殖试验与效果分析

文/陈燕婷 薛凌展 陈度煌 王松发 李立新 黄健

山塘（水库）养殖是南方丘陵地区主要的养殖形式。福建省淡水养殖总面积约8.6万ha，其中山塘面积约4.4万ha，占淡水养殖总面积的51.2%。随着保护耕地力度进一步加大，淡水池塘资源日益紧缺，山塘越来越彰显其作为淡水养殖空间的利用潜力。但传统山塘养殖模式受气候、水质、溶氧和地形等因素的制约，存在产量较低、养殖品种生长速度慢、经济效益低、管理难度大和捕捞技术难度大等问题。

2020年～2021年，福建省水产技术推广总站在邵武市实施“山塘养殖模式智能管理平台构建及示范应用”项目，充分利用智能化手段及现代信息技术，有效提升基地渔业养殖的数字化水平。通过企业基本信息管理、水质监测、投入品来源及使用、智能控制、无人机视频直播、视频监控和手机APP的建设，构建可感知、可互联、可管理、可分析的一体化智慧渔业管理平台。从投喂管理、环境实时监控、水质调控、物联网在线监测、自动化起捕等方面探索基于智能管理平台的山塘养殖新模式，开展了相关试验并进行总结，以期为其他地区实现山塘养殖提质增效起到借鉴作用。

一、材料与方法

（一）时间与地点

试验于2020年～2021年进行，选择福建省某生态农业发展有限公司A2区山塘（约6.7ha，水深3.0m～5.0m）作为试验组，其具有闽北山塘典型特色，另外选择条件相近的B区山塘（约6.7ha，水深3.0m～5.0m）为对照组。对照组未安装微孔增氧机、智能化管理系统及配套设备，仅按照传统养殖技术进行生产管理。对照组和试验组均安装了水质在线监控设备，实时监测pH值、溶解氧和水温。

（二）智能管理平台构建

主要利用物联网、大数据、云计算等先进的技术，实现传统养殖方式向信息化方式转变。智能管理平台主要由感知控制层、网络层、数据层、应用层和展示层组成（见图1）。

图1 总体架构示意图

图2 山塘立体增氧系统

图3 吊网和漂浮式选鱼台

感知控制层包括智能养殖控制设备、水质监测设备、无人机直播设备和视频监控设备。网络层传输媒介通过Internet和GPRS网络进行数据传输。数据层主要用于对数据的采集处理，包括用户数据、水质数据、养殖控制数据、视频数据和无人机数据等。

应用层主要为用户提供信息化管理功能，包括企业基本信息介绍、水质监测管理、智能控制管理、无人机视频直播、投入品来源及使用管理、视频监控管理和移动手机APP。

展示层主要用于系统的呈现，包括用户使用的PC电脑、平板展示大屏等。通过对生产中各个维度数据进行集中展示，实现对渔业养殖的信息化管理。

（三）山塘的准备

放养前干塘曝晒，清除淤泥和杂物，用生石灰100kg/亩对山塘进行全面消毒，包括塘底和塘壁，消毒3d后蓄水。

（四）增氧系统

为了解决山塘溶氧低问题，针对山塘不同水层溶氧差异，试验组设计了一套综合立体增氧系统（见图2），由微孔增氧、叶轮增氧和化学试剂增氧三套方案组成，结合使用，保持养殖水体溶氧大于5mg/L，形成立体增氧的效果。

微孔增氧设备：一般山塘靠近坝的区域为深水区，远离坝的区域为浅水区，因此微孔增氧设施布置时可在两个区域内设多个模块，根据山塘水位高低，决定启动不同增氧模块，每个模块由一台7.5kW的微孔增氧机和配套的发电机以及150个微孔盘组成，可独立控制气量。当水位较低时，只开启一个模块，随着水位上升，根据需要逐步开启其他模块。为了保持气压平衡，深水区和浅水区的微孔盘入水深度均为1.5m。

叶轮增氧机：在晴天的中午，山塘上下水层的溶解氧出现了明显的差异，浮游藻类和深水植物所产生的氧气使上层的水体溶解氧趋于饱和，而底层的溶解氧则一直维持较低的水平。叶轮增氧机可促进上下水层的交换，解决水库深水区缺氧问题，以6.67ha为例，需要安装15台3kW的叶轮增氧机，每天中午时将其打开，促进上下水层的交换。

化学增氧剂：为了防止山塘底部长期缺氧，产生有害细菌滋生的问题，可通过定期使用颗粒状增氧剂的方式，为底层环境输送氧气，维持硝化反应和反硝化反应的正常进行，避免因缺氧导致大量有毒有害的氨氮和亚硝酸盐积累，威胁养殖鱼类的安全。

（五）投饵和捕捞系统

由于面积较大，为解决投饵和捕捞问题，在山塘配备了一台80m长的风送投饵机，可根据投喂需要将投料口固定于水库中的任意位置，移动方便，降低了残饵比例，减少水体中的悬浮颗粒数量。捕捞系统包括电动捕捞吊网和选鱼台（见图3）等，两者通过一条30m长的网箱相连，可将吊网中的鱼赶至选鱼台中。在选鱼台与运输车辆之间安装一个电动抬鱼滑道，可大大减轻装车的工作量。

（六）苗种放养

因山塘面积大，水位较深，放养规格宜大不宜小，要求苗种规格整齐，体质健壮，体形正常，游动活力强。试验设计以异育银鲫“中科3号”为主养品种，套养鲢鱼和鳙鱼，具体数量、规格见表1。鱼苗下塘前，随机抽检，检查其体表和鳃是否有寄生虫或病原菌。采用盐度为5的盐水和10mg/L的碘进行短时消毒，时间控制在20min～30min。

（七）饵料投喂

科学投喂饵料是山塘养殖的关键。采用风送投饵机进行投喂，根据鱼不同生长阶段需求的营养，合理配制适口全价配合饲料。投喂应注意先慢后快、从少到多的投喂原则，减少饲料的浪费。每天投喂两次，上下午各一次，每次投喂量以1h内吃完为宜，日投饵量控制在鱼体重的2%～3%。具体投喂量根据天气、水质和摄食情况灵活掌握、及时调整，不利天气减少投喂量或不投喂。

表1 苗种投放情况

表2 起捕情况

图4 生长数据分析

二、结果

经过一周年的养殖管理，试验组和对照组均于2021年10月30日起捕测产。从养殖效果看（见表2、图4），试验组的生长速度明显快于对照组，异育银鲫“中科3号”由起初的44.74g/尾，生长到420.6g/尾，起捕平均规格比对照组大了104.3g/尾，平均生长速度达到了1.03g/d。鳙鱼试验组出塘规格为2076.8g/尾，起捕平均规格比对照组大了305.4g/尾，生长速度为5.55g/d；鲢鱼试验组出塘规格为1527.5g/尾，比对照组大了243.6g/尾。试验组综合产量达到了2.45t/亩，比对照组提升了1.7t/亩，生产效率有了明显的提升。

表3 养殖效益分析

图5 综合人工养殖管理成本分析

养殖效果分析见表3，试验组生产成本为299.34万元，对照组为110.4万元。试验组产量达到了2.45t/亩，平均利润达6141元/亩，对照组产量只有0.75t/亩，平均利润为1506元/亩。本次试验，在完成项目任务的同时，还取得了较高的经济效益。

对比分析养殖结果，试验组在单位成本控制方面具有优势，这得益于智能化和自动化的生产管理。如图5所示，试验组单位起捕的费用为300.06元/t，比对照组下降了64.16%；虽然养殖工人劳务费相同，但是单位养殖劳务费由730.99元/t，下降到224.84元/t，工人的养殖效率提升了3.25倍；试验组综合人工管理成本为（起捕和日常养殖管理费用）524.90元/t，对照组为1568.31元/t，试验组比对照组下降了66.53%。

养殖过程中在线监测探头实时记录了两个养殖池塘的pH值、溶解氧情况，具体数据见图6、图7。两个山塘的水质状况相似，pH值随着养殖时间均有所提升，这主要是养殖过程中藻类的繁殖导致的。溶解氧的变化情况与pH值变化相反，养殖早期，溶解氧的浓度较高，可达到7mg/L～9mg/L，随着养殖时间增加，当进入夏季高温季节后，鱼类的摄食量增加，导致水体中的溶解氧明显下降，这时应定期补水，或注意人工增氧，确保鱼类生长所需的溶解氧。

三、小结与分析

（一）智能管理平台能促进渔业生产提质增效

图6 养殖过程中水体pH值对比

图7 养殖过程中水体溶解氧数据对比

智能管理平台能实现养殖过程的实时在线监测和精准调控，大大提升了养殖企业的信息化、自动化和智能化水平，降低生产成本，提高劳动生产率。同时其能够有效提升渔业生产经营水平以及管理信息化程度，并通过大数据分析技术，提高养殖决策的科学性与准确性，实现基于控制设备构建与现场水质监测的水产养殖现代化生产过程自动控制与管理，有效降低能耗节约资源。平台也有效提升了产品品质与效益，促进渔业经营管理方式和管理体制更趋合理化、科学化、规范化。本次山塘养殖试验与效益分析，证明了基于智能管理平台的山塘养殖模式优势明显，经济效益显著提高。与传统靠天吃饭的山塘模式相比，该模式值得示范和推广，为进一步提升渔业生产信息化水平提供了可借鉴的经验。

（二）新技术和养殖工艺的集成是山塘养殖成功的关键

本次试验的山塘智能化养殖模式集成了水产养殖最新技术和养殖工艺。首先，应用360°风送投饵设施，提高投喂效率，减少劳动量，投喂环节做到精细化管理，降低残饵量，有效提高饲料的利用率，取得了显著的养殖经济效益。其次，应用生物絮团技术，通过生态调节养殖水体中的碳氮比例，促进有益菌大量繁殖，通过微生物的同化作用转化水中无机氮，形成可被养殖生物摄食利用的菌体蛋白，稳定水质，降解有害物质，提高养殖效率。最后，应用微孔增氧技术，改善水体底层养殖环境。另外物联网技术的应用，能够实现水产养殖的智能化、实时化、精准化监测和控制，显著提升了山塘养殖的效益。通过以上技术集成，构建出山塘生态高效养殖模式，最终实现了生态、节能、减排和高效的目标。

（三）智能化是推动渔业高质量发展的重要手段，但仍需改进和提高

现阶段物联网技术在水产养殖中的应用还处于初级阶段，对渔业生产数据仅停留在自动化收集阶段，整理和分析数据的能力欠缺，养殖生产管理数字化模型尚未成熟，控制设备需要一定的养殖经验和判断能力。同时，由于智能管理平台需要与养殖企业现有设施设备连接，各类设备生产厂家、终端研发生产厂家、系统应用集成公司的相关业务模块还尚不能全部实现联动，存在着数据对接权限获得障碍。如智能管理平台研发公司如需与水质在线监测设备公司数据库对接，必须由水质在线监测设备制造公司提供相对应的权限认证和水质数据对接webapi接口；使用无人机开展养殖场巡察时，实时视频图像要在智能管理平台中显示，需要采用直播方案，前期必须确认无人机是否可以将视频流推送到直播服务器，并且要搭建直播服务端程序。诸如此类，均需要获得接口来进行数据对接，才能实现在智能管理平台上的视频监控、养殖设备远程遥控、养殖信息采集和管理、病害远程诊断等四位一体展示。该养殖模式为初步建立和应用示范，在项目执行过程中出现了一些不足之处，在总结经验后，课题组将通过技术参数和模块组合的进一步优化，形成标准化技术工艺，实现各模块之间的无缝衔接，更好地将其推广应用。