崔 迪，袁思平

（1.寧波工程學院，浙江 寧波 315201；2.寧波市鄞州區(qū)漁業(yè)技術管理服務站，浙江 寧波 315100）

水質智能監(jiān)控技術在南美白對蝦養(yǎng)殖中的應用

崔 迪1，袁思平2

（1.寧波工程學院，浙江 寧波 315201；2.寧波市鄞州區(qū)漁業(yè)技術管理服務站，浙江 寧波 315100）

針對傳統水產養(yǎng)殖缺乏對水質的有效動態(tài)監(jiān)控，導致易缺氧、易發(fā)病及投喂、用藥不合理等問題，開展了應用物聯網技術對南美白對蝦養(yǎng)殖的水質智能化監(jiān)控試驗與研究。本文采用多參數傳感器、無線網自動監(jiān)測方法，研究分析了對蝦生長階段的水溫、溶解氧、pH等基本水質因子的全天候、全生長期的動態(tài)變化，結果顯示了其日、月變化規(guī)律和養(yǎng)殖周期變化趨勢。研究表明，采用在線水質監(jiān)測系統，能晝夜感知養(yǎng)殖水質變化情況，及時采取相應措施，以避免缺氧、發(fā)病等危害，同時有效降低工作強度、勞動風險及管理成本，在養(yǎng)殖管理上具有重要指導意義和推廣前景。

物聯網；對蝦；水質；智能監(jiān)測；調控

水產養(yǎng)殖自動監(jiān)測系統在國外的研究應用已有較長歷史，日本、美國等發(fā)達國家在20世紀末率先把水環(huán)境因子自動化監(jiān)控裝置應用在水產養(yǎng)殖領域，實現了水產養(yǎng)殖的工廠化、集約化生產與智能化管理。我國水產養(yǎng)殖環(huán)境因子監(jiān)控系統的研究與應用起步較晚，水產養(yǎng)殖過程中存在水質監(jiān)控及管理手段相對落后，大多采用人工監(jiān)控和經驗化管理，導致投餌、用藥不夠合理，用工成本上升，水產品質量安全難以得到保障等問題。為了建立水產養(yǎng)殖中水質主要因子的動態(tài)監(jiān)測，本文對水質在線傳感器的選配及水質監(jiān)測系統集成的同時，對基于物聯網的水質智能化監(jiān)測與調控進行了試驗研究，利用數據的無線傳輸、存儲、發(fā)布與智能預警等功能，使得養(yǎng)殖管理人員能夠及時感知水質變化情況，根據南美白對蝦的生長要求，做出相應調控措施，確保對蝦健康安全的生長環(huán)境，也為將來推廣應用水產養(yǎng)殖智能化調控與管理提供科學依據。

1 養(yǎng)殖水體環(huán)境與動態(tài)監(jiān)測概要

1.1 養(yǎng)殖水體主要環(huán)境因子

水質是水產養(yǎng)殖中最重要的基礎條件。養(yǎng)殖水體的DO（溶解氧）不僅是水質的重要指標，也是維持養(yǎng)殖生物生長的最重要指標之一，它主要供養(yǎng)殖生物呼吸之用，同時可氧化分解有毒有害物質，抑制厭氧性有害菌繁殖，減少水產病害發(fā)生。養(yǎng)殖水體的pH值是衡量水質標準的一個基本參數，能夠間接反映水體中水生植物群體繁殖密度和植物光合作用強度，若養(yǎng)殖水體中pH值偏低，且無外來特殊污染時，則可以判斷該水體有可能硬度偏低，腐殖質過多，CO2濃度偏高或溶氧量不足，同時也可判斷該水體植物光合作用不強、養(yǎng)殖密度過大或微生物受抑制，整個物質代謝系統緩慢；若養(yǎng)殖水體中pH值偏高，可能是水生植物繁殖過于旺盛，光合作用過強或腐殖質不足等。此外，水溫也是影響水產生物生長繁育的重要環(huán)境因子，它一方面直接影響著其生理代謝活動，同時通過改變其他養(yǎng)殖水環(huán)境因子而間接影響水產生物的生長發(fā)育。使用物聯網水質在線檢測系統，可以較好地對這些關鍵性水質指標進行實時動態(tài)監(jiān)測和控制，及時采取應急措施，減少病害發(fā)生，提高養(yǎng)殖效益。

1.2 物聯網水質在線監(jiān)測系統

該系統可連續(xù)24h不間斷在線監(jiān)測養(yǎng)殖水體中的DO（溶解氧）、pH值、水溫等水質指標，并對所得數據進行分析與調控決策。系統以數據采集終端為中心，通過現場數據自動收集、中控室遠程控制，實現數據采集和監(jiān)控；數據采集點設置靈活方便，采用成熟的GPRS無線數據傳輸通信方式，突破了傳統的有線通信方式，傳輸數據安全且成本低廉；監(jiān)控平臺以數據觀測與分析為主，可實現數據查詢、排序及曲線圖形顯示，并可通過建立相關數學模型預測水質變化趨勢。

2 材料與方法

2.1 架構與原理

水質在線監(jiān)控系統可分為數據采集、GPRS數據傳輸和檢測控制中心三部分。其中數據采集部分主要有數據采集終端、GPRS數據傳輸設備、供電設備等。其中，pH值采用具有溫度補償功能的氧化還原電極法監(jiān)測；溫度測量采用熱敏電阻電極法；溶解氧的測定采用極譜電極法。所有測量結果均通過數據量化并協議編碼后傳輸到GPRS傳輸模塊。GPRS數據傳輸部分發(fā)送數據到GPRS網絡，再經服務器進入Internet網絡傳輸到應用服務器，實現客戶端軟件與遠程監(jiān)測點之間的無線數據通信。監(jiān)測控制中心配置一臺數據接收服務器和一臺普通計算機，利用網絡平臺或客戶端軟件進行數據觀察與相關操作，也可將有效數據顯示于LED外掛屏幕。

圖1 水質在線監(jiān)控系統中的結構

2.2 試驗方法

首先對供試傳感器選型、控制設備布置及其他配套輔件進行集成，構建一套水質自動化監(jiān)測系統。供試地點：寧波市鄞州區(qū)丹艷水產養(yǎng)殖基地，于2015年4月10日在美南白對蝦設施養(yǎng)殖塘進行集成調試，4月20日開始測試觀察，在南美白對蝦養(yǎng)殖期間，進行全程自動監(jiān)測，實時觀測養(yǎng)殖水體的相關指標，及時分析水質環(huán)境因子的動態(tài)變化，做出相關研判與調控。

3 結果與分析

通過應用試驗，獲知了對蝦養(yǎng)殖池塘水溫、溶解氧、pH值等水質指標的全天候變化特性，為養(yǎng)殖水質調節(jié)提供了有效信息?，F以不同氣候條件下的智能監(jiān)測結果，分析對蝦養(yǎng)殖池塘中水質的日、月及一個養(yǎng)殖周期的變化規(guī)律。

3.1 水質指標日變化情況

由圖2可見，在對蝦養(yǎng)殖中，天氣晴朗時 （6月30日），則一天內水質指標變化情況為：水溫變化在30.2～34.4℃，在14：00—18：00較高，夜間0：00—6：00較低；溶氧量白天高夜間低，含量日變化在5.8～11.3mg·L-1，11：00—16：00較高，15：00—16：00出現高峰，夜間 0：00—6：00較低；pH值穩(wěn)定。試驗表明，白天隨著陽光輻射的增強，氣溫水溫隨之升高，溶氧量在12：00—14：00出現峰值，早晨6：00前呈低點，可見，白天溶氧量隨著浮游植物光合作用增強而提高，夜間因水中生物呼吸等原因，導致溶解氧降低，至0：00—6：00達低谷，因此，在生產上此時段應特別注意缺氧危害。

圖2 對蝦養(yǎng)殖池塘水質指標6月30日（晴天）的變化

由圖3可見，在對蝦養(yǎng)殖中，遇到雨天時，一天內水質指標變化情況為：水溫變化基本不大，中午到下午略高些，夜間偏低，由于雨天沒有陽光直接照射，溫度變化不如晴天明顯，溶氧量是白天高夜間低，但變化稍顯平緩，這是因為雨天浮游植物的光合作用不如晴天，即使到午后，水中含氧量仍然不會有明顯提高，pH值一天內幾乎穩(wěn)定不變。

圖3 對蝦養(yǎng)殖池塘水質指標6月18日（雨天）的變化

3.2 水質指標月變化與對蝦養(yǎng)殖周期總變化情況（4—7月）

每到6月是對蝦生長最快，管理較為關鍵的時期。由圖4可見，6月水質指標月變化情況為：隨著水溫逐漸升高，對蝦生長加快，底層餌料、糞便沉積，水體富營養(yǎng)化加重，引起溶解氧緩慢下降，而pH值逐漸升高。

圖4 對蝦養(yǎng)殖池塘水質指標6月各日的變化

對蝦設施養(yǎng)殖一年養(yǎng)二茬，頭茬生長期為4—7月，養(yǎng)殖較為成功。由圖5可見，在一個對蝦養(yǎng)殖周期 （4—7月）內，水質指標變化情況為：水溫逐月明顯升高；溶解氧總體略有下降，而這可能隨著對蝦個體的增大，呼吸需氧量增加，以及底質耗氧量升高所致。對蝦塘藻類因隨著溫度升高，生長逐漸旺盛，也引起了pH值的明顯升高。

4 小結與討論

圖5 對蝦養(yǎng)殖池塘水質指標4—7月的變化

通過應用試驗，在線水質監(jiān)控系統能有效指導水產養(yǎng)殖與水質調控。水質智能化監(jiān)測分析結果顯示了水體溶氧量的晝夜變化具有一定規(guī)律性，一般每天的峰值出現在下午 15：00—16：00，在夜間0：00—6：00出現低谷段，在晴天氣溫高時溶氧量變化更為明顯，故在生產上應注意溶氧量出現低谷時間段，尤其當對蝦生長到中后期時，更應注意及時提早增氧，即在低谷出現之前1～2h開機增氧或啟動自動增氧設備，可避免對蝦因缺氧而死亡。此外，不同對蝦養(yǎng)殖密度及其生長期對水體溶解氧的變化強弱也有差異，養(yǎng)殖密度越高，個體越大，溶氧量驟降速度會加快。因此，根據養(yǎng)殖品種及密度，需適時調控增氧。

水質采用無線監(jiān)測能有效降低工作強度 （高溫，風雨天等）、勞動風險 （暴風雨天及夜間操作）及管理成本，改變了采集數據量少，誤差大等缺陷，可隨時隨地通過電腦和手機端，獲得養(yǎng)殖塘的水體環(huán)境情況，并能全天候獲知水質動態(tài)變化，降低人工監(jiān)測成本，具有較好的實際應用價值和推廣前景。

近年，農業(yè)物聯網技術的研究開發(fā)與試驗應用正在逐漸展開，本文通過物聯網智能監(jiān)測技術在水產養(yǎng)殖上的試驗研究，探明了南美白對蝦養(yǎng)殖環(huán)境因子 （溶氧量、pH值、水溫等）的晝夜變化規(guī)律及月變化特征，實現了養(yǎng)殖水質因子的全天候感知與調控決策管理，促進了以水產養(yǎng)殖全程智能化管理為標志的現代漁業(yè)發(fā)展。

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（責任編輯：張 韻）

S951.2

A

0528-9017（2016）05-0797-03

2015-12-26

寧波市科技局科研攻關項目 （2014C10045）；國家星火計劃項目 （2014GA701012）

崔 迪 （1985—），女，浙江寧波人，講師，在職博士生，主要從事物聯網技術在農業(yè)上的應用研究工作，E-mail：sukey1006@126.com。

文獻著錄格式：崔迪，袁思平.水質智能監(jiān)控技術在南美白對蝦養(yǎng)殖中的應用 ［J］.浙江農業(yè)科學，2016，57（5）：797-799.

10.16178/j.issn.0528-9017.20160555