水产养殖业中水质的研究

水产养殖业中水质的研究

1、研究背景与意义

鱼类对水中的溶解氧有很高的要求,它们基本需要生长在溶解氧量在5mg/L以上的环境中,在适宜的氧浓度下鱼类不仅生长速度加快,而且可提高摄食率并减少饲料的浪费。若水中的氧气的浓度在2mg/L之下时,鱼的呼吸频率就会加快。能量消耗便会随之加大。当鱼塘里水的含氧量低于2mg/L时,鱼类便会出现"浮头"情况,如果此时不及时充氧,将使鱼塘水中的溶氧量迅速下降,导致大面积的鱼类因缺氧而死亡。每年都会有因为水中缺氧导致大片鱼类死亡的案例。

自然状态下,水里的溶氧量受温度、气压影响。温度高时,水里的溶氧量越高,反之则更低;大气压强高,则水里的溶氧量越高此外,影响鱼塘中溶氧量还和鱼类的密度有关、水里的水生动植物有关系。因此,在未安装增氧泵的鱼塘的鱼产量是相对较低的。虽然养殖技术取得了较大进步,增氧泵得到快速发展,但农村的大部分养鱼专业户还是停留在人工启动增氧机的阶段,根据他们的养鱼的经验来决定是否开启增氧机,这种方法虽最为简单,但是它具有很强的滞后性和盲目性。在鱼类开始"浮头"时再开启增氧机未必能够及时供氧,虽然在一定程度上可以降低"翻塘"的程度,但是也留下了很大的隐患。同时,它还要求养殖人员时刻关注鱼类的活动,增加了劳动力和养殖人员的精神压力。

智能家居中有一种具体产品便是智能鱼缸控制系统。鱼缸在现代家庭中很常见,它不除了是一种养鱼容器外,更是作为一种家庭装饰品受人们青睐。鱼缸中的鱼儿、水草、古怪嶙峋的石头,这些事物完美的融合在一起,犹如大自然中的一幅美丽的图画。小鱼在鱼缸里游动,这个画面动静结合,让人赏心悦目。是很多人要装饰家庭的最佳选择。然而,鱼缸固然很美,单养护鱼类却十分困难。因为水温保持和水质保持是养鱼过程中面临的一个重大难点。根据鱼类的不同,对水温的要求不同。对热带里的海水鱼和无脊椎的生物而言,鱼缸里水的温度要与热带中海水的温度保持一致,即为25-27摄氏度左右,而且白天与晚上的温度差要保持在4-5℃之下,对普通金鱼而言,水的温度需要保持在23-26℃范围以内。不同鱼类对水的温度要求不同,不仅如此,对同种鱼类,在不同的生长时期,需要的温度是不同的,尤其是在繁殖期,它们对温度的要求更高。除此之外,水质对鱼类的生长有较大的影响。水中的含氧量需要保持在特定的范围之内,鱼类才能够正常呼吸,否则他们难以存活。除了水质和温度影响鱼类生存外,喂食与灯光等一系列问题都会影响鱼类的成活。

从目前我国的社会发展情况来看,中国人口已经开始进入老龄化趋势,在不久的未来,劳动力不足问题将会暴露出来,与此同时,劳动力密集型的产业都开始往高端的自动化机械生产转型。用机械自动化高效操作取代低效的人工劳动。在这种浪潮下,水产类的养殖业也不例外。在传统的养殖业中,依赖高的人力成本和人工经验对养殖业的水环境观察估测,根据观察结果粗略控制水中的溶氧量、PH、温度以及水位等参数。在某些特殊的气候环境下,每项参数会随之外界环境变化,并且相互之间都会产生一定的影响。因为人工观测参数无法做到精确,因此人工控制方法有很大的局限性,不能将人工成本降低到最低水平。此外,养殖人员的技术水平具有很大的差异性,这也是直接影响水产养殖业发展的因素之一。一些水生动物对生长环境极为敏感,这些会对水质环境的稳定提出了更高的要求。无论水质中哪个参数发生变化,就会对水生物的生长、繁殖产生直接或者间接的影响。因此,要制定一套科学、标准、自动、高效的设备系统对水产养殖业中的水质环境监测与控制,以最低的人力与物力成本实现最高效的水质控制,改善传统养殖业中人工控制水质的弊端。

1.2现状

目前,在我国,传统的养殖方式正在逐步被现代化水产养殖方式取代。应用现代化高科技的产物,比如机器、仪表、化工、计算机等设备来促进传统的养殖业升级。通过机械自动化对水质中的溶氧量,水中的文图、酸碱度与水位等关键因素监测,让设备根据水的各个参数执行投料、排污、杀菌灯自动化操作,实现水环境的调节,达到净化水质的目的,让养殖的水产生物获得最合适的生存环境。

在水产养殖行业里,水质的检测技术经历三个阶段,从最初的经验法发展到化学分析法,然后再发展到仪器检测法。,经验分析法就是根据有养殖户从养殖过程中总结出的方法,对水质实施人工干预,这种方法主观性极强,并且存在着很大的误差,且难以形成统一标准,缺点比较大;化学分析法即是应用化学技术,对水质进行现场取样,通过实验室分析,然后对水环境进行调节。化学分析法需要专业人员操作,效率不高,人工成本比较大,而且周期长;仪器检测法就是利用专用的检测设备对水质采样、分析、显示、决策,这种高效的自动化操作,不用耗费大量的人力与物力,非专业的人士稍加培训便可以操作,应用十分广泛。

在二十世纪六十年代,养殖行业就有了很大的发展。自动化检测技术被广泛应用在水产养殖业中。国外很早就用臭氧给养殖水消毒,除掉水中的氨、氮以及有机物,同时,还利用液氧增压技术为养殖水快速补充氧气,以此来提高养殖水中的溶氧量,增加水中生物的密度。从而提高收益;热泵技术在养殖业中也得到了合理应用。在寒冷的地区,用热泵技术能给热带鱼类提供一个适宜的生长环境,降低鱼类运输成本;化工技术在养殖业中也得到了应用,如聚乙烯网板取代卵石虑池,并且它的质量轻巧、轻度高、透气性很好,面积很大,优点十分明显。

时至今日,国际中仍然有一些公司和机构在研究水质参数的检测设备与检测方法,并且做出大量的设计。

我国高校团队中,有许多前沿化的方法被提出,如华南农大的黄建清团队,研发利用无线传感器水质监测系统,实现对水产养殖水环境的监测。该技术是利用GPRS或GSM技术将参数传输到电脑端与手机端,达到无线远程监控的目的。在此过程中,手机成了短信接收的工具,这就导致了信息传输的成本增加,而且难以实现24小时的动态监测。不仅如此,信息的传送都是以文本的形式体现出来的,不能显示整个趋势图。诚然,在该项技术应用过程中,虽然电脑端开发出了VB的人机交互界面,能显示每项的参数信息,但由于电脑设备体积大,而且需要网络,需要供电,难以实现移动与便捷功能,对文化水平低的养殖人员来说,还要学习计算机知识,难度有点大,因此这种监测设备很难在广大农村养殖户中得到广泛的应用。

华南理工大学的颜波就水产养殖研发一种实现物联网的智能化的监控系统,此系统是根据张新荣等方法改进而来的,实现了远程监控。在现场汇集水质的各项参数，然后通过zigbee无线传送到PC服务器中,服务器利用网络传输到远程的PC机中,让用户看到各项检测数据。因为ziebee传输受距离制约,因此,远程传输时，PC机服务器无法直接转发zigbee中的数据,需要在现场建立PC机中转服务器设备,同时还要固定的建筑物安置服务器,建筑物、zigbee的传输设备之间的距离需要保持在一定的范围内,否则无法实现信息的顺利传输。但是在郊外的养殖中,很难满足以上条件。因此,每个站点都需要配置一台PC服务器用于远程数据收发,假如站点太多,购置服务器设备就需要一笔大的资金,这样就会提高水产养殖的成本。

从我国目前水产养殖的水质监测发展来看,无线监控是今后发展的趋势。之前由于通信技术落后,导致有线传输在水质监测中处于主导地位。如今我国的无线通信技术处在高速发展时期,远程控制技术应用变得十分便利与广泛,GRPS、zigbee技术可以在环境恶劣的条件下、在布线难度大的养殖场所中均能传输数据。未来便携式且易操作的水质监测设备将会逐步取代传统的检测设备,小巧化的监控设备将成为未来监测设备的发展方向。

综上所述,我国需要研制一套成本低廉、方便携带并且能无线远程、具有强大监控功能且容易操作的水产养殖专用的监控系统,解决我国目前水产养殖液中存在的难题,同时,实现与国际技术接轨的目标。