淺談水產(chǎn)養(yǎng)殖投飼設(shè)備

水產(chǎn)養(yǎng)殖作為全球食品供應(yīng)鏈中不可或缺的一環(huán)，隨著全球人口增長和消費(fèi)模式的變化而迅速發(fā)展。根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織的報告，水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量已超過傳統(tǒng)捕撈量，成為主要的水產(chǎn)品來源。傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖活動主要集中在自然水體，如在湖泊、河流和沿海地區(qū)進(jìn)行的放養(yǎng)和捕撈，依賴自然環(huán)境，對水體的控制和管理較少。傳統(tǒng)養(yǎng)殖技術(shù)通常是勞動密集型的，依靠人工進(jìn)行飼料投放和水質(zhì)管理，效率較低，且容易受到自然條件的限制。隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的快速擴(kuò)張，智能高效、可持續(xù)的養(yǎng)殖技術(shù)變得尤為重要。

隨著人工智能和信息技術(shù)的發(fā)展，投飼設(shè)備開始向智能化方向演進(jìn)。智能投飼設(shè)備作為水產(chǎn)養(yǎng)殖的核心技術(shù)之一，其發(fā)展和優(yōu)化，對提高養(yǎng)殖效率、節(jié)省人工、降低環(huán)境影響具有重要意義?，F(xiàn)階段水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，飼料成本達(dá)到總成本一半以上[1-2]，高效的投飼設(shè)備能夠減少飼料浪費(fèi)，保證養(yǎng)殖水體的水質(zhì)，進(jìn)而提高水產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。現(xiàn)介紹水產(chǎn)養(yǎng)殖投飼設(shè)備，分析當(dāng)前市場上不同類型投飼設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用情況和存在的問題，提出建議，擬為促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 投飼設(shè)備

1.1 類型

（1）固定式魚塘投飼機(jī)。適用于池塘養(yǎng)殖，設(shè)備固定，簡單實(shí)用，成本低，易維護(hù)。但投飼面積有限，受天氣環(huán)境影響大，易損壞，噪音大。

（2）氣力輸送式自動投飼機(jī)。適用規(guī)模化工廠養(yǎng)殖、網(wǎng)箱養(yǎng)殖，其結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強(qiáng)，能夠遠(yuǎn)距離投飼和多點(diǎn)投飼，但投飼餌料須為干燥飼料，易堵塞，成本相對高。

（3）自動投飼機(jī)器人。適用于室內(nèi)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化池塘養(yǎng)殖、工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖，自動化、智能化程度高，設(shè)備復(fù)雜，其投飼作業(yè)及定位精度受設(shè)備影響較大，成本相對較高。

（4）自動投飼船。適用于蝦蟹等小范圍水產(chǎn)養(yǎng)殖，自動化、智能化程度高，投飼作業(yè)受到天氣環(huán)境影響程度較大，轉(zhuǎn)塘難度大。

（5）自動投飼無人機(jī)。適用室外標(biāo)準(zhǔn)化池塘養(yǎng)殖、蝦蟹養(yǎng)殖、海洋網(wǎng)箱養(yǎng)殖，投飼效率高，設(shè)備復(fù)雜，投飼作業(yè)需要人工操作，而且續(xù)航時間短。

（6）網(wǎng)箱養(yǎng)殖投飼機(jī)。固定于小型漁船上，適用于海洋網(wǎng)箱養(yǎng)殖，投餌效率高，設(shè)備操作簡單，自動化程度不高，但人工海上作業(yè)有一定的危險性。

1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

智能投飼技術(shù)是將物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器視覺、機(jī)器聲學(xué)、人工智能等智能化及信息技術(shù)應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖投飼裝備，能夠根據(jù)養(yǎng)殖水質(zhì)、生物行為、生物量等，按需投喂的一種創(chuàng)新技術(shù)。該技術(shù)能夠提高飼料利用率，降低養(yǎng)殖成本，減少水體污染，是一種綠色高效可持續(xù)的發(fā)展方向[3]。

目前，國內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖投飼設(shè)備的研發(fā)相對滯后，機(jī)械化、自動化程度低。由于缺乏有效的投料控制技術(shù)，傳統(tǒng)方法造成了餌料的嚴(yán)重浪費(fèi)和對水體的污染[4]。趙思琪等[5]針對水質(zhì)受養(yǎng)殖技術(shù)影響的問題，研究了一種基于模糊邏輯控制理論的魚塘養(yǎng)殖精準(zhǔn)投飼系統(tǒng)，通過檢測溶解氧和水溫，從而反饋到控制投飼系統(tǒng)，控制精度≥90%，餌料系數(shù)<9%，提高了飼料利用效率。

電動背負(fù)式魚塘飼料自動拋灑機(jī)，拋灑機(jī)容量20~50 L，主體PP 材質(zhì)，工作電壓12 V，通過電動轉(zhuǎn)速盤，可以拋撒各種大小干性顆粒物料，拋撒距離可調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍1~15 m，手提式拋撒轉(zhuǎn)速盤，實(shí)現(xiàn)輕松控制拋灑方向，同時可實(shí)現(xiàn)施肥、播種作業(yè)。

氣力輸送投飼機(jī)主要用于池塘投飼和網(wǎng)箱投飼，由料箱、下料器、羅茨風(fēng)機(jī)和管道等部分組成。目前市場上主要有2 種氣力輸送方式：一種為負(fù)壓輸送，具有代表性的是風(fēng)送式投飼機(jī)，現(xiàn)已廣泛投入市場。氣力池塘養(yǎng)殖自動投餌系統(tǒng)為飼料先由料倉送到儲料裝置，經(jīng)分配裝置通過管道由氣力輸送到不同的養(yǎng)殖池塘，所有池塘投喂都可以通過計算機(jī)管理，從而實(shí)現(xiàn)集中式投餌。該投餌系統(tǒng)分為以下幾個部分：壓氣裝置、儲料裝置、下料裝置、分配裝置和控制裝置。

固定投餌機(jī)解決了手工費(fèi)時費(fèi)力的問題, 已廣泛應(yīng)用于工廠化養(yǎng)殖、大棚養(yǎng)殖、深海網(wǎng)箱養(yǎng)殖，但是還存在投料不均勻，浪費(fèi)飼料等問題。魚類的攝食效率對提高產(chǎn)量和降低成本具有重要作用。

針對固定投飼機(jī)投料不均勻的問題，某高?？蒲性核邪l(fā)了一種軌道式淡水魚智能投飼機(jī)器人。該系統(tǒng)根據(jù)育苗的品種、日齡和密度，制定科學(xué)的飼喂曲線，同時檢測水質(zhì)參數(shù)和魚的采食行為，動態(tài)調(diào)整飼喂策略，實(shí)現(xiàn)投料均勻和精準(zhǔn)飼喂。

基于機(jī)器視覺和聲覺技術(shù)，檢測魚的采食行為和投喂飼料量等參數(shù)，評估魚群的食欲和攝食強(qiáng)度，從而制定科學(xué)的投飼方案，是目前研究的熱點(diǎn)之一。利用圖像處理技術(shù)，分析水面剩余浮餌量，從而計算出魚群當(dāng)前攝食周期所需要的投飼量，依此研制出自動投餌設(shè)備?；跈C(jī)器視覺的魚類采食檢測，易受光線、水面漂浮物等外界環(huán)境影響，在光線和天氣不好的情況下，具有一定的局限性。利用聲學(xué)分析技術(shù)的智能投飼技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[6]。聲波在傳播時會發(fā)生反射現(xiàn)象，檢測精度相對不高，該技術(shù)更適用于大面積的網(wǎng)箱養(yǎng)殖。為了采集魚群攝食行為的多個參數(shù)，為投飼設(shè)備的控制，提供更精準(zhǔn)有效的反饋信息，開始研發(fā)利用機(jī)器視覺和聲覺，多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的養(yǎng)殖魚群攝食規(guī)律及投飼策略，從而提高系統(tǒng)的檢測精度和智能化程度。

1.3 國外發(fā)展現(xiàn)狀

隨著科技的發(fā)展，發(fā)達(dá)國家如美國、德國、日本、挪威等，開發(fā)應(yīng)用了多種自動投飼設(shè)備，對魚的采食行為分析，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)投飼[7]。飼料顆粒消耗的實(shí)時監(jiān)測，是制定科學(xué)飼養(yǎng)策略的重要依據(jù)，可有效減少飼料浪費(fèi)和水體污染，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的雙贏。通過定時控制旋轉(zhuǎn)板，控制洗滌器式自動給料器，安裝發(fā)射紅外輻射的光電傳感器，當(dāng)傳感器下沒有魚聚集時，反射的信號較少，停止喂食，從而節(jié)省了飼料，避免了對水體的污染。準(zhǔn)確投喂表現(xiàn)在實(shí)時監(jiān)測水下殘留餌料，實(shí)時反饋給投料機(jī)，從而控制給料量。但由于光線差、外界干擾多等原因，給水下圖像處理和顆粒檢測帶來了很大的挑戰(zhàn)。

挪威在20 世紀(jì)80年代，在鱈養(yǎng)殖中利用自動投餌系統(tǒng)與集魚系統(tǒng)[8]。Fast 等[9]于20 世紀(jì)末，為魚類養(yǎng)殖精量化投飼，研究投飼量和環(huán)境變量之間的關(guān)系；意大利20 世紀(jì)90年代將自動投餌技術(shù)用于浮式網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)[10]；2005年，Chang 等[4]在鰻養(yǎng)殖投飼中，研究其聚焦行為，并設(shè)計調(diào)控裝置，降低飼料成本顯著；近年來，Skien 等[11]利用電子成像等先進(jìn)技術(shù)，對規(guī)?；W(wǎng)箱養(yǎng)殖機(jī)械化設(shè)備進(jìn)行研究；Prem等[12]也開發(fā)出一套半集約化的機(jī)械投飼設(shè)備。

近年來，深度學(xué)習(xí)技術(shù)，相對于傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)具有更高的準(zhǔn)確性。通過光流神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生成光流幀，然后將光流幀輸入到三維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（3DCNN）中，評估魚的攝食強(qiáng)度[13]。近紅外成像技術(shù)是一種量化魚類攝食行為變化的新方法。

在沿海國家，網(wǎng)箱養(yǎng)殖發(fā)展較快并具有巨大的潛力，但是該行業(yè)仍具有一些管理和技術(shù)問題，比如天氣變化和人為失誤，會影響?zhàn)B殖魚類的正常養(yǎng)殖。可以通過使用自動四軸飛行器避免，降低勞動力成本，提高飼料輸送效率。Skien 等[11]開發(fā)了一種氣動旋轉(zhuǎn)給料機(jī)，采用無人機(jī)和計算機(jī)視覺方法，獲取投料機(jī)的位置和方向。該方法能夠快速部署、設(shè)備安裝少、投料均勻優(yōu)點(diǎn)?；跓o人機(jī)的方法效率更好，可以通過捕獲由旋轉(zhuǎn)的飼料旋轉(zhuǎn)器覆蓋更大的網(wǎng)箱養(yǎng)殖面積。

2 存在問題及建議

2.1 精準(zhǔn)投飼技術(shù)有待提升

盡管現(xiàn)代投飼設(shè)備已經(jīng)能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)自動化和智能化，但在精準(zhǔn)度方面仍是一個挑戰(zhàn)。例如，設(shè)備可能無法準(zhǔn)確判斷魚群實(shí)際的飼料需求，導(dǎo)致飼料投放過量或不足，不僅影響魚群的生長，還可能導(dǎo)致資源浪費(fèi)和環(huán)境問題。另外，設(shè)備的可靠性還需要進(jìn)一步提升。在惡劣的養(yǎng)殖環(huán)境中，設(shè)備易受到損壞，維護(hù)和修理成本較高。此外，技術(shù)故障可能導(dǎo)致飼料供應(yīng)中斷，對養(yǎng)殖產(chǎn)量造成影響。

在今后的研究中，應(yīng)引入更先進(jìn)的傳感器和監(jiān)控技術(shù)，可更準(zhǔn)確監(jiān)測魚群行為和水質(zhì)狀況。應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時信息，調(diào)整投飼策略。使用更耐用和抗腐蝕的材料制造設(shè)備，增加其在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性和耐久性。定期進(jìn)行設(shè)備維護(hù)和檢查，及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在的技術(shù)問題。

2.2 投飼設(shè)備成本較高

盡管自動化和智能化投飼設(shè)備能提高效率，但其初始投資成本往往較高。設(shè)備需要定期維護(hù)以保持最佳運(yùn)行狀態(tài)，這可能需要專業(yè)知識和額外的經(jīng)費(fèi)。

通過規(guī)模化生產(chǎn)和技術(shù)改進(jìn)，降低設(shè)備制造成本。為中小型養(yǎng)殖企業(yè)提供政策支持和財務(wù)補(bǔ)貼，降低其投資成本。同時，開展設(shè)備使用和維護(hù)培訓(xùn)，使養(yǎng)殖者能夠自行進(jìn)行基本維護(hù)。

2.3 對生態(tài)環(huán)境影響較大

雖然先進(jìn)的飼喂技術(shù)有助于減少對環(huán)境的影響，但未能正確使用或設(shè)備故障，可能導(dǎo)致飼料過量投放，從而加重水體污染和資源浪費(fèi)。在追求養(yǎng)殖效益的同時，應(yīng)確保生態(tài)平衡和資源的可持續(xù)利用。投飼設(shè)備的設(shè)計和應(yīng)用，需要考慮長遠(yuǎn)的生態(tài)影響。

開發(fā)環(huán)保型飼喂技術(shù)，如精準(zhǔn)投飼系統(tǒng)，減少飼料浪費(fèi)和水體污染。推廣生態(tài)友好型養(yǎng)殖模式，如循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)，減少對自然水體的影響。在設(shè)計投飼設(shè)備時，關(guān)注生態(tài)平衡，開發(fā)集成多營養(yǎng)級養(yǎng)殖系統(tǒng)（IMTA）。促進(jìn)行業(yè)內(nèi)外的協(xié)作，包括政府、研究機(jī)構(gòu)和養(yǎng)殖企業(yè)，共同推進(jìn)可持續(xù)養(yǎng)殖技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。