陸基工廠化循環水養殖及漁業農機數字化技術的應用與實踐

韓海濤 王幫高

作者簡介：第一作者：韓海濤，助理工程師，主要從事農機化技術推廣和監理工作。

*通信作者：王幫高，工程師，主要從事農機化技術推廣和監理工作。

摘? 要：循環水養殖系統（Recirculating Aquaculture System），簡寫為RAS，是一種能夠將開放水體的水產養殖變為可控環境養殖的技術，該技術是將機械化、數字化、智能化養殖技術融合發展，實現苗種投放、養殖增氧、精準投餌、病蟲害監測等各個生產環節的數字化和智能化，實現農機漁藝融合，提升了水產養殖主要品種、重點環節、規模養殖場以及設施養殖漁業的機械化水平。

關鍵詞：機械化；數字化；智能化；陸基工廠化循環水養殖

走進山東海洋明波水產有限公司，一排排白色的養殖車間格外醒目。通過明波水產物聯網管控中心的監控，可以看水質檢測、消毒殺菌、水循環、增氧機械、過濾機械、機械投飼的自動化流水作業生產過程，斑石鯛、東星斑等眾多小魚苗在池里歡快地游動。與傳統流水養殖相比，其工廠化循環水養殖能夠節水90%、節電69%、節煤93%，這里所有養殖池采用的都是RAS工藝循環水養殖模式。

1 RAS工藝解釋及漁業農機數字化發展現狀

1.1 概念內涵

循環水養殖系統（Recirculating Aquaculture System），簡寫為RAS，是一種能夠將開放水體的水產養殖變為可控環境養殖的技術，該技術受到工業廢水、生活污水處理廠的啟發。陸基工廠化循環水養殖系統主要由養殖池、顆粒物去除、集水、生物降解、氣體脫除、殺菌、增氧、循環驅動等模塊構成，養殖池中的水體在循環水泵的作用下不斷更新，并在水池中持續旋轉的狀態，養殖魚類在池中持續運動、生長，因此肉質更為緊實、鮮美、健康。

漁業農機數字化是運用物聯網、大數據、人工智能、衛星遙感、移動互聯網等現代信息技術，依托部署在漁業生產現場的各種傳感節點（環境溫濕度、土壤水分、二氧化碳、圖像等）和無線通信網絡，去實現漁業生產環境的智能感知、智能預警、智能決策、智能分析、專家在線指導等功能。

1.2 我國陸基工廠化循環水養殖與漁業農機數字化發展現狀

我國漁業農機數字化研究起步于20世紀90年代，2011年在江蘇建設了我國首個物聯網水產養殖示范基地。2012年全國水產技術推廣總站開發應用水生動物疾病遠程輔助診斷服務網。目前，山東省深遠海養殖普遍應用了大數據管理系統，對養殖數據、環境數據、設備狀態、安全狀態、海域情況等五個主要模塊進行全程監控，推動深遠海養殖的智能投喂、預警預報、水質評估、主動式養殖專家服務等智慧化養殖管理。漁業農機數字化的發展解決了過去養殖靠人工、天氣、經驗，風險難控的問題，推動水產養殖高質量發展。

2 工藝與流程

陸基工廠化循環水養殖工藝與流程就是通過物理進化、生物進化、紫外線殺菌、添加液氧等水處理，將養殖水產生的回水重新處理之后達到養殖用水標準，重新回流到養殖車間進行循環利用，從而達到節能減排的效果。與傳統的流水養殖相比，循環水養殖可使海水消耗量降低95%，只有5%的水被排放掉。要實現我國的水產品可持續性生產，必須先從擺脫靠天吃飯的困境入手，將養殖生產從自然水體中轉向工廠化生產，從而穩定水產品品質，而RAS技術則是實現這一轉變的關鍵技術。

2.1 RAS陸基工廠化循環水養殖模式源水處理流程

源水—粗濾—蛋白分離+臭氧—活性炭吸附—控溫—洛氧—養殖池。主要目的是凈化水質、去除有機物及浮游生物和殺菌。源水經微濾機過濾后，可去除雜物及較大的顆粒物。蛋白分離器的主要作用是去除水體中的細小懸浮物及落于水中的部分有機質，同時與臭氧機結合對水體進行殺菌、消毒；活性炭主要吸附源水中的有害物質，還可吸附殘余臭氧，同時起到過濾作用；通過地源熱泵機組調節水體溫度，經溶氧后進入養殖池。

2.2 RAS工藝循環水養殖模式源水處理機械設備

循環水處理系統主要由養殖池、轉鼓微濾機、一體式固定床過濾器等部件組成。以流化床過濾器為例，它可以去除水體中的氨氮、亞硝酸鹽、微小顆粒和泡沫，水質得到了有效凈化。凈化的水體流入溶氧錐，經過高壓增氧，溶解氧飽和度可達300%，完全能夠滿足高密度養殖用水的標準。增氧后的水體，全部流回養殖魚池可進行循環利用。

2.3 RAS工藝循環水養殖模式尾水處理系統與機械設備

尾水處理系統主要由養殖尾水—微濾機—豎流器—蛋分器+臭氧—過濾砂缸—自凈生物濾器—生物凈化池—生態池—排放或回用。根據不同的地理位置、氣候條件、環境水質、養殖品種，采用物理、化學、生物、微生物和植物相結合的方式，以較小的空間和投入，實現達標排放和循環利用。

2.4 RAS循環水處理工藝與自動化控制裝置

明波水產有限公司建起了6萬平方米的工廠化循環水養殖車間和育苗車間，建立了病害生態防控預警，形成一套完善的養殖管理規范。專門的實驗與檢測部門，對養殖水質、苗種進行定期抽檢，建立餌料清潔機械投飼體系，還和黃海水產養殖所合作，實現養殖病害遠程診斷，保障全程健康養殖。

2.5農機數字化應用效果及發展遠景

明波水產有限公司的循環水養殖裝備同比國外進口系統建設成本降低30%，運行成本降低10%以上。公司還成立了山東省循環水養殖示范工程技術研究中心，并牽頭成立了山東省循環水養殖產業技術創新戰略聯盟，不斷推進工廠化循環水養殖向規?；?、裝備化、智能化轉型。通過大力發展生物育種、智能漁業和精準養殖，構建了陸海統籌接力、海洋深耕細作的高效養殖模式，融合了物聯網信息化技術成果，將傳統的養殖升級為全程可控模式。

3 養殖過程農機數字化與信息化管理系統

3.1 智能環控系統

通過安裝一部“水質哨兵”系統，可實時對水質進行在線監測與對比分析，數字采集設備由位于養殖系統內采集點的探頭組成，常見的監測指標包括溶解氧、水溫、鹽度、pH值數據、氧化還析電位、等離子電位。中央處理設備為電腦終端，負責數據的儲存、指令的發布及數據的傳遞等。報警設備主要指聲控報警器，報警方式可靈活設置，或通過APP、短信、電話等多種形式推送給管理人員。

3.2 智能控制系統

主要設備包括在線監測系統、養殖車間視頻監控系統、自動數魚機、燈光精準控制、自動控制精準計量投餌系統與智能控制精確立體高效增氧系統，結合水質監測設備數據，動態控制增氧機開關，保證溶氧的同時，避免電力浪費。燈光智能精準控制可縮短養殖周期、提升餌料利用率。抑制性腺發育生長速度提升12%以上。

3.3 養殖分析系統

實現養殖環境分析、養殖密度分析、養殖產量預測、經濟效益分析等基于大數據的分析服務。打樣測重智能模塊，基于AI圖像識別算法，通過手機拍照代替人工打樣測重，實現對魚蝦平均重量、規格分布、增長速度、健康狀態等信息的分析。

3.4 病害監測預警系統

通過水下相機嵌套AI智能算法，實現魚、蝦病害、行為等不同程度的智能識別與分析，為水產養殖戶提供在線水生動物疾病防控技術咨詢和輔助診斷，有效解決了水產養殖“看病難”的問題，智能識別病害比人工至少早發現3天。

3.5 質量追溯系統

用戶可對包裝上的電子二維碼進行掃描，可實現水產養殖過程從種苗、養殖、加工、流通到銷售全流程的信息化追溯，能有效提升水產品質量和水產品品牌附加值。

4 應用成果與問題建議

4.1 應用成果

4.1.1 水產機械數字化、智能化水平不斷提升

隨著物聯網、衛星導航、遙感技術、智能控制等信息技術在漁場和漁業裝備中的應用加速發展，建設了一批集智能農機裝備、物聯網設施、信息化技術于一體的“數字漁場”“智慧魚塘”等智能漁機應用場景，水產養殖已從機械化逐步向智能化數字化方向轉變。

4.1.2 養殖效率顯著提高

養殖設備智能控制，提高工作效率。養殖車間引進了自動投餌機等精準化設備，提高了養殖自動化水平。在萊州灣明波海洋牧場區域，建有“藍鉆一號”“藍鉆二號”2 個大型生態圍欄，養殖水體達18萬立方米，與陸基循環水融合，首創“陸海接力”綠色生態養殖模式，深水大風箱沉降調節、精準投餌、產品收獲實現機械化，養殖產量和效益提高效果顯著。

4.1.3 養殖環境與監測能力明顯改善

以工廠化養殖升級改造示范項目為抓手，建立遠程監管手段，對養殖設備和附屬設備進行機械化改造。明波水產與中國農業大學合作完成了國際領先的“水產集約養殖數字化技術與智能裝備”技術成果，實現了養殖環境動態監測與自動調控，保障了養殖環境穩定。

4.2 問題建議

4.2.1 水產養殖工藝落后、機械化裝備應用不足

近年來，雖然我國機械化水產養殖在某些環節取得了一定成效，但整體機械化水平不足36%。當前，山東省水產養殖業正加快向綠色高效轉型升級，設施裝備總量持續增長，機械化水平穩步提升。但總體水平還不夠高，不同地區、不同養殖方式、不同生產規模、不同生產環節的機械化發展不平衡不充分，設施裝備與生產技術集成配套不夠等問題亟待解決。

4.2.2 水產養殖機械信息化、自動化、智能化水平較低

目前，水產行業風險高、利潤低，市場價格波動大，企業研發積極性不高，特別是應用性研發創新不足。例如，傳感器還存在使用時間短、不精確等技術短板問題，水質檢測和投喂缺乏智能技術裝備支撐，智慧增氧投鉰系統自動化、智能化水平較低，智能巡航船、高效起捕、筏式收獲、苗種計數等新裝備還處于研發試驗階段，要圍繞重點生產環節和市場需求，暢通政策扶持渠道，調整產業結構，大力發展RAS陸基工廠化循環水養殖，打造漁業創新高地。

4.2.3 發展物聯網，推動機械化與信息化融合

引進、吸收、創新國際先進材料工藝、微電子、納米技術。研究水產養殖感知參數之間的互作機理和耦合作用，開發智能補償校正算法，自主研發傳感器，加強智慧漁業裝備示范，引導水產養殖和裝備生產骨干企業建立水產養殖機械化、信息化示范場，加快物聯網、大數據、云計算和人工智能技術在水產養殖機械化中的應用，推進“漁機”融合、加大“漁機”應用，提升水產養殖設施與裝備精準化、智能化水平，促進智慧漁業發展。