基于系統(tǒng)動力學(xué)的對蝦養(yǎng)殖品質(zhì)風險應(yīng)用*

裴麗娜，陳 明，葛 艷

(上海海洋大學(xué) 信息學(xué)院，上海 201306)

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基于系統(tǒng)動力學(xué)的對蝦養(yǎng)殖品質(zhì)風險應(yīng)用*

裴麗娜，陳 明，葛 艷

(上海海洋大學(xué) 信息學(xué)院，上海 201306)

針對目前南美白對蝦養(yǎng)殖環(huán)節(jié)存在的溯源點不清晰、養(yǎng)殖過程監(jiān)管薄弱、品質(zhì)評價不健全等品質(zhì)風險問題，以HACCP為基準，結(jié)合國內(nèi)外在養(yǎng)殖環(huán)節(jié)關(guān)鍵影響要素研究現(xiàn)狀，對養(yǎng)殖環(huán)節(jié)建模，利用判斷樹的方法初選品質(zhì)風險控制的關(guān)鍵控制點，然后結(jié)合Vensim軟件建立南美白對蝦養(yǎng)殖品質(zhì)風險動力學(xué)模型，從而確定關(guān)鍵控制點的核心影響因素。仿真結(jié)果表明：南美白對蝦養(yǎng)殖品質(zhì)風險動力學(xué)模型能動態(tài)仿真五類影響要素對于幼蝦品質(zhì)和成活率的變化關(guān)系,從而反映品質(zhì)風險動態(tài)變化情況。由此為南美白對蝦溯源管理信息系統(tǒng)中溯源點的選取和養(yǎng)殖過程的實時監(jiān)控和過程品質(zhì)動態(tài)評價提供理論參考。

對蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)； 系統(tǒng)動力學(xué)； 品質(zhì)風險； 建模和仿真

0 引 言

近年來我國水產(chǎn)品品質(zhì)安全問題層出不窮，因此，關(guān)注水產(chǎn)品養(yǎng)殖、加工、物流、銷售環(huán)節(jié)等過程中，影響或者潛在影響水產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定性、或安全品質(zhì)(以下簡稱品質(zhì))因素的研究勢在必行，而目前關(guān)于水產(chǎn)品品質(zhì)風險研究甚少，因此，建立從養(yǎng)殖到餐桌全過程的水產(chǎn)品品質(zhì)風險溯源系統(tǒng)是目前解決這一問題的優(yōu)選方案。由于水產(chǎn)品種類繁多，南美白對蝦是當今世界養(yǎng)殖蝦類產(chǎn)量最高的三大品種之一[1]，選擇它作為安全品質(zhì)(以下簡稱品質(zhì))風險溯源系統(tǒng)的研究對象有一定的代表性。

針對水產(chǎn)品品質(zhì)風險溯源系統(tǒng)的研究，國外水產(chǎn)品溯源系統(tǒng)技術(shù)成熟、法規(guī)完善，主要體現(xiàn)在品質(zhì)安全信息采集、標識策略、信息繼承等[2];國內(nèi)目前關(guān)于水產(chǎn)品溯源問題的研究與其它行業(yè)中的溯源問題研究，大多是集中在溯源的信息技術(shù)、溯源系統(tǒng)的實現(xiàn)、或供應(yīng)鏈某個環(huán)節(jié)上的內(nèi)部溯源等問題上。如，楊信廷等人針對水產(chǎn)品企業(yè)身份認證問題，提出了基于USB Key的水產(chǎn)品企業(yè)監(jiān)管溯源系統(tǒng)[3]，夏俊等人通過分析現(xiàn)有水產(chǎn)品品質(zhì)安全問題，提出了一種基于RFID和EPC的水產(chǎn)品信息追溯機制[4]。以上方法或技術(shù)雖然能實現(xiàn)基本信息的追溯查詢，但較少涉及其與品質(zhì)風險的關(guān)系，如何甄別和選擇進入溯源系統(tǒng)的信息點從而有效控制品質(zhì)風險仍是亟待解決的問題。

為了解決目前品質(zhì)風險溯源點選擇隨意、溯源點對溯源目標達成的作用不明確等問題，本文以南美白對蝦養(yǎng)殖品質(zhì)風險溯源為例，通過基于系統(tǒng)動力學(xué)的對蝦養(yǎng)殖品質(zhì)風險仿真分析，為品質(zhì)風險溯源點的選取提供了理論依據(jù)，為品質(zhì)變化的敏感受控因素分析提供了一種可以借鑒的方法，也為品質(zhì)控制、過程實時監(jiān)控、過程品質(zhì)動態(tài)評價等提供了有力保障。

1 基于HACCP體系的對蝦養(yǎng)殖環(huán)節(jié)品質(zhì)風險溯源點篩選

1.1 養(yǎng)殖業(yè)務(wù)流程分析

危害分析與關(guān)鍵控制點(hazard analysis and critical control point，HACCP)是一個連續(xù)的、系統(tǒng)的以預(yù)防為主體的食品安全管理體系[7]。在目前的對蝦養(yǎng)殖過程中，主要是運用HACCP控制對蝦苗種和養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中的物理、化學(xué)及生物的病毒危害[8]。

養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)流程流程如圖1。

圖1 南美白對蝦工廠化養(yǎng)殖工藝流程圖Fig 1 Flow chart of Vannamei factory farming process

1.2 利用判斷樹選擇品質(zhì)風險關(guān)鍵控制點

養(yǎng)殖環(huán)節(jié)是南美白對蝦供應(yīng)鏈的起源，養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的品質(zhì)控制也關(guān)乎到整個水產(chǎn)品供應(yīng)鏈的品質(zhì)評價，對整個追溯體系的建立起到至關(guān)重要的作用。養(yǎng)殖要注意預(yù)防生物危害、化學(xué)危害、物理危害等，采取相應(yīng)控制手段措施，將食品危害降低到最低。關(guān)鍵控制點(critical control point，CCP)定義為：能夠進行控制，并且該控制對防止、消除某一食品安全危害或?qū)⑵浣档偷娇山邮芩剿匦璧哪骋徊襟E[10]。

在南美白對蝦養(yǎng)殖過程管理中，根據(jù)HACCP體系的七項原則，并結(jié)合圖1工藝流程圖，利用判斷樹確定CCP[11]，從而確定在南美白對蝦養(yǎng)殖過程中的關(guān)鍵控制點為：養(yǎng)殖場地的選擇、投餌管理、水質(zhì)管理、蝦苗的選擇和養(yǎng)成、藥物使用共5個。對于任何危害，都要采取相應(yīng)的預(yù)防措施予以消除或降低到標準水平[12]。

2 對蝦養(yǎng)殖過程品質(zhì)風險系統(tǒng)動力學(xué)模型

2.1 系統(tǒng)界定

確定了品質(zhì)風險關(guān)鍵控制點，仍不能確定在各個點上該記錄哪些因素。本文給出了養(yǎng)殖環(huán)節(jié)品質(zhì)風險的定義。

定義1 南美白對蝦養(yǎng)殖品質(zhì)風險是指，對于不同蝦苗的選擇，在南美白對蝦的養(yǎng)殖過程中，由于水質(zhì)、飼料、藥物、環(huán)境等養(yǎng)殖條件的不同而造成的南美白對蝦生長異常，導(dǎo)致產(chǎn)出品質(zhì)發(fā)生改變的風險。

2.2 模型系統(tǒng)關(guān)系圖

根據(jù)上述確定的養(yǎng)殖過程中的五大關(guān)鍵控制點，結(jié)合文獻閱讀、參考專業(yè)化養(yǎng)殖技術(shù)手冊和權(quán)威部門給出的檢測建議[13,14]，下面將分別介紹各要素的顯著危害、影響要素及與對蝦品質(zhì)風險的相互關(guān)系，從而為南美白對蝦溯源系統(tǒng)溯源點的選擇提供參考依據(jù)。

隨著水質(zhì)的惡化、導(dǎo)致對蝦養(yǎng)殖病害愈發(fā)嚴重。根據(jù)文獻[1]利用德爾菲法和SPSS分析測出對于水質(zhì)影響較大的因子，選取氨氮、亞硝氮、DO等重要因子作為評價模型的參數(shù)[2]。同樣地，以下影響因素標準選取均依據(jù)南美白對蝦育苗技術(shù)詳解進行影響因素標準選擇：面對養(yǎng)殖環(huán)境差、水深不同、土壤污染會造成幼蝦抵抗力差、品質(zhì)低等問題，選取養(yǎng)殖場規(guī)模、養(yǎng)殖場面積和水深進行養(yǎng)殖場地評價；目前苗種品質(zhì)退化，生長速度慢。蝦苗的選擇和養(yǎng)成首要關(guān)注體長、是否攜帶病原體、胃腸食物是否飽滿等因素；蝦病泛濫成災(zāi)、疾病交叉感染會使得幼蝦大范圍死亡，因此在蝦苗的選擇上關(guān)注病害并采取相應(yīng)措施；由于目前市場飼料品質(zhì)良莠不齊，導(dǎo)致對蝦營養(yǎng)不良、抗病力差等，因此選擇投喂頻次和投喂品質(zhì)進行評價選擇[15]。由于上述因素影響到這五大關(guān)鍵控制點，即間接影響到了對蝦品質(zhì)，其具體影響關(guān)系程度是通過下一部分系統(tǒng)動力學(xué)模型模擬分析的。

2.3 模型存量流量圖構(gòu)建

當系統(tǒng)需要量化模型、為了區(qū)別不同類型變量，引入存量流量圖來建立變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。本系統(tǒng)中包括蝦苗、成蝦兩個水平變量；蝦苗品質(zhì)、幼蝦品質(zhì)、成蝦品質(zhì)三個速率變量。各個節(jié)點的品質(zhì)是根據(jù)下級節(jié)點(2.2部分)的關(guān)鍵控制點來決定的。利用Vensim軟件結(jié)合上述分析，繪制出相應(yīng)的存量流量圖,選取蝦苗品質(zhì)、幼蝦品質(zhì)和成蝦品質(zhì)作為變化偵測點[16]，如圖2。

圖2 南美白對蝦養(yǎng)殖過程存量流量圖Fig 2 Inventory flow diagram of Vannamei farming process

2.4 模型驗證

本研究將2013～2015年的南美白對蝦養(yǎng)殖數(shù)據(jù)與品質(zhì)抽檢數(shù)據(jù)模擬，并將模擬值與實際值比較，結(jié)果表明相對誤差均在10 %之內(nèi)，并將現(xiàn)有模型在“現(xiàn)實性檢驗”中驗證，模型可行、合理，可用于仿真南美白對蝦品質(zhì)風險變化趨勢。

3 仿真實驗與結(jié)果分析

3.1 調(diào)控方案

2014年10月，選擇了上海臨港新城高品質(zhì)的蝦苗分成A,B,C,D,E 5組(其中E組為對照組)進行了生產(chǎn)性對比養(yǎng)殖實驗，經(jīng)檢驗，蝦苗健康狀況良好，有活力，無病害等其它情況。放苗時間為2014年10月18日，幼蝦收獲比較打撈時間為2015年3月，養(yǎng)殖過程各要素條件見表1。

表1 幼蝦A，B，C，D，E 5組養(yǎng)殖過程品質(zhì)抽檢表

A組：餌料投喂要素為優(yōu)質(zhì)水平，其它要素如水質(zhì)、蝦苗的選擇與養(yǎng)成、藥物和養(yǎng)殖場地均處于一般水平。B組：蝦苗的選擇與養(yǎng)成要素為優(yōu)質(zhì)水平，其它要素均處于一般水平。C組：藥物要素為優(yōu)質(zhì)水平，其它要素處于一般水平。D組：水質(zhì)要素為優(yōu)質(zhì)水平，其它要素均處于一般水平。E組：由于場地所限，水質(zhì)、餌料投喂、蝦苗的選擇與養(yǎng)成、藥物和養(yǎng)殖場地均處于一般水平，作為原始對照組。

由于本次實驗關(guān)鍵點涉及影響要素較多，故以五大關(guān)鍵點分別作為自變量進行仿真實驗?zāi)M，以得到各要素與幼蝦品質(zhì)之間的關(guān)系。

3.2 仿真結(jié)果與分析

本模型在Vensim軟件中進行仿真模擬實驗，仿真時間為1年(365天,12個月)，仿真步長為30天。依據(jù)上述環(huán)節(jié)的南美白對蝦養(yǎng)殖過程存量流量圖(圖2)，以水質(zhì)、餌料投喂、蝦苗的選擇與養(yǎng)成、藥物和養(yǎng)殖場地五個關(guān)鍵控制點為自變量，建立模型，得出5組實驗對南美白對蝦品質(zhì)風險的評估數(shù)值。

3.2.1 不同因素對幼蝦品質(zhì)的影響

保持其他參數(shù)不變，分別以餌料投喂、蝦苗選擇與養(yǎng)成、藥物、水質(zhì)和養(yǎng)殖場地為自變量進行仿真，結(jié)果如圖3。

圖3 不同因素對南美白對蝦養(yǎng)殖環(huán)節(jié)幼蝦品質(zhì)的影響Fig 3 Influence of different factors on quality of young Vannamei in farming link

仿真結(jié)果表明：前4個月幼蝦品質(zhì)與各要素均呈現(xiàn)正相關(guān)的相關(guān)關(guān)系，影響差異性不大，4個月后，飼料投喂影響較大，其次為蝦苗選擇與養(yǎng)成和藥物。

3.2.2 不同因素對成活率的影響

同樣地，保持其他參數(shù)不變，分別以餌料投喂、蝦苗選擇與養(yǎng)成、藥物、水質(zhì)和養(yǎng)殖場地為自變量進行仿真，結(jié)果如圖4。

圖4 不同因素對南美白對蝦養(yǎng)殖環(huán)節(jié)成活率的影響Fig 4 Influence of different factors on survival rate of Vannamei in farming link

從仿真結(jié)果表明：成活率與各要素均呈現(xiàn)正相關(guān)的相關(guān)關(guān)系，從一個半月開始餌料投喂對成活率影響就較為突出。

4 結(jié) 論

1)通過南美白對蝦養(yǎng)殖過程中五大關(guān)鍵控制點的確定，為南美白對蝦養(yǎng)殖環(huán)節(jié)溯源系統(tǒng)溯源點的選擇提供參考依據(jù)，除了對養(yǎng)殖過程溯源提供直接參考外，也對整個供應(yīng)鏈的加工環(huán)節(jié)、物流運輸環(huán)節(jié)和銷售環(huán)節(jié)的全鏈溯源提供保障。

2)關(guān)鍵點的確定和仿真模型的建立，對于養(yǎng)殖環(huán)節(jié)供應(yīng)鏈上的各級用戶也是十分有益的[17]。首先，作為養(yǎng)殖企業(yè)，可以依據(jù)養(yǎng)殖環(huán)節(jié)關(guān)鍵點及仿真結(jié)果進行合理科學(xué)養(yǎng)殖；其次，作為政府和質(zhì)監(jiān)管理部門，通過了解關(guān)鍵控制點，可以提高檢驗的透明度，從過程把握結(jié)果，使得抽檢結(jié)果更具有可信度和準確度；最后，對于消費者而言，了解這五類關(guān)鍵控制點及標準，除了通過質(zhì)檢信息和對蝦外觀信息外，還可以從養(yǎng)殖過程重點把握，保障消費者的知情權(quán)。為水產(chǎn)品冷鏈物流甚至整個食品行業(yè)的品質(zhì)保障打下了夯實的基礎(chǔ)。

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陳 明，通訊作者，E—mail:mchen@shou.edu.cn。

Application of quality risk of Vannamei farming system based on system dynamics*

PEI Li-na，CHEN Ming，GE Yan

(College of Information Science,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China)

To solve the current problems in Vannamei farming link such as blurring traceability points,feeble supervise in farming process,defective quality evaluation,simulates the farming process to confirm the core effect factor of the CCP.Based on HACCP,combine research status of key effect factors on farming link,establish risk dynamics model for Vannamei farming by Vensim,critical control point(CCP)is selected by decision tree method.Core effect factor of CCP is determined.Simulation result proves risk dynamics model is able to reflect quality risks dynamic change by dynamic simulating the influence of Vannamei quality and survival rate by the five sorts of effect factors.Based on the simulation,theory reference is provided to CCP selection in the vannamei traceability manage system and quality dynamic appraise and real-time monitoring and evaluation of farming process.

Vannamei farming system;system dynamics;quality risk;modeling and simulation

10.13873/J.1000—9787(2016)11—0157—04

2015—11—11

國家科技支撐計劃資助項目(2013BAD19B06)；江蘇省科技支撐計劃資助項目(BE2014333)

TP 391.9

A

1000—9787(2016)11—0157—04

裴麗娜(1991-)，女，山西晉中人，碩士研究生，主要研究方向為水產(chǎn)品溯源系統(tǒng),質(zhì)量評價與仿真。