水產養殖投飼設備綜述

宋帥帥，周珊珊，張桂中，張浪，張明斌，廖武

（1.河源市農業技術推廣中心，廣東 河源 517000；2.河源市動物衛生技術中心，廣東 河源 517000；3.紫金農業機械推廣服務中心，廣東 河源 517000；4.河源市農業農村局，廣東 河源 517000）

0 引言

現代化漁業是現代化農業的重要組成部分，隨著養殖規模擴大，漁業機械成為其中不可或缺的設備[1]。水產養殖常見的設備有投飼設備、增氧設備、水質凈化設備、清塘設備、排灌設備等。其中，投飼設備在降低投喂環節的作業成本、提高效率等方面發揮重要作用。

早期相對較低人力成本時，飼料投喂環節主要依賴人工進行作業，勞動強度大、效率低。隨著老齡化時代的到來，人力成本逐年上漲，人工作業投飼顯然不能滿足水產養殖的生產需求，對投飼設備的需求也日益強烈[2]。我國投飼設備技術發展可分為人工、機械、自動化和智能化等階段，傳統的漁業投飼方式只能執行定時投喂，不能統計飼料量且無法智能的根據魚類生長狀況而改變投飼計劃，也無法智能的感知水質、天氣等一系列環境因素的變化來決定是否投喂或者調整投喂量，因此傳統投飼機只是簡單替代了手動拋灑飼料的作業過程，尚滿足不了現代化漁業生產的需要[3]。隨著機械自動化、移動計算處理和人工智能等技術的快速發展，智能自動化投飼研究也成為各大科研機構的研究熱點[4]。近年來，國內外有關這方面的研究方向主要集中于決策控制系統與智能化投飼裝置研發等方面，相關研究已開始關注養殖產品在養殖過程中的生長狀況以及養殖品種質量與投飼作業之間的聯系，甚至融合了生態學、氣象學、動物行為學等相關學科知識進行智能化養殖裝備的研發，將傳感器、機器視覺、機器聲學、物聯網等智能化信息技術應用于投飼裝備，能夠根據養殖水質、生物行為等按需投喂，提高飼料利用率，降低養殖成本，符合可持續發展理念，所以智能投飼技術的研究具有重要意義[5]。通過智能化的設備設施實現水產養殖的高效投飼作業，改善水產品養殖環境，進而提升養殖品種的品質與價值，降低養殖成本，加快養殖業的現代化發展進程[6]。

通過對比國內外的研究進展，闡述我國水產養殖投飼設備發展進程，分析我國目前投飼設備的問題并提出對策建議。

1 水產養殖投飼設備發展的現狀

1.1 國內投飼設備發展的現狀

我國的現代水產養殖相對滯后，在投飼方面較為突出，初期中小型養殖規模常見的投飼方式主要是通過人工經驗判斷養殖對象飼料量，利用相應工具完成人工拋灑飼料，投喂均勻性、勞動強度、效率、飼料用量等方面的問題嚴重，且受人的體能、環境、天氣條件的影響很大。但隨著國家政策支持力度不斷增大和市場經濟的引導，我國水產養殖投飼設備也迎來快速發展，機械化、自動化和智能化等適合現代化水產養殖發展的研究逐步全面開展起來[2]。

我國投飼設備技術研究始于上世紀90年代以后，養殖戶開始逐漸認識到使用投飼機可以提高飼料利用率。2010年葛一健等[7]分析了國內近十年投飼設備的發展，指出當時投飼機一定程度上僅是代替了人工拋灑作業動作，但投飼速度、地點及投飼范圍通常是不可調，需要研制操作相對簡便且經濟性更高的自動投餌裝備和技術。2014年王永鼎等[8]為解決水產養殖用投飼機投飼范圍固定、投飼不均勻、飼料利用率低及污染嚴重等問題，提出并研制了基于氣力輸送和單片機控制的投飼范圍可控的自動投飼機，通過氣流吹送飼料技術，結合單片機控制單元實現投飼范圍可控的自動投飼機，實現均勻投飼，整機實現設備模塊化，可靠性強。2018年張麗珍等[9]運用CFX仿真分析結合正交試驗對投飼機送料精度進行了仿真與分析，研究了投飼機送料管筒的傾角和長度以及飼料在管筒入口速度對測量精度的影響。為了滿足水產養殖固定岸基式精準投喂的需要，國內學者對精準化投喂進行了大量研究。2021年栗鵬輝等[10]設計研發一種集成自動投飼與排污的魚類養殖系統，提高了魚類養殖中投飼和排污的定時、定量精度及節水效果，降低了勞動強度。2021年唐榮等[11]針對現有投飼設備缺少稱量和自動控制功能，存在投飼量控制不精準、自動化程度低、可移動信息處理技術的優越性發揮不明顯等問題，研究設計了一種全自動精準投飼系統，與傳統小型投飼機、人工搬運和加裝飼料的投飼方式相比，該系統可以減少勞動力成本70%、節約飼料用量3%，有效降低成本，取得了良好經濟效益，具有實際工程應用價值。緊隨國家政策要求，投飼技術的研究也展現出智慧、綠色發展趨勢。

初期簡易的投飼機遠不能滿足集約化、規模化養魚技術的不斷發展的需求，自動化、智能化是現代漁業發展的趨勢，智能投飼技術可有效解決大規模水產養殖投飼勞動強度大、定點定時定量精度差、飼料利用率低等問題，能顯著提高養殖配套設施裝備水平。隨著我國政策大力支持和各大科研機構的積極研發，我國水產養殖投飼裝備水平具備了水產養殖規模化、工業化生產的能力，但仍于國外水產養殖投飼技術存在一定的差距。

1.2 國外投飼設備發展的現狀

國外自動投飼裝備普遍適用于室內的工廠化養殖，從飼料的運輸、儲存以及投放都有著極其精確的數量控制，具有高精確性、高可靠性等特性。隨著科學技術的不斷進步，國外最先將計算機控制系統實現無人操作，設置不同的投飼程序，開發自動投飼系統，還可以通過手機來實現遠程的控制等，我國與國外的水平仍然存在一定的差距[12]。

1997年Ado W.Fast等[13]設計了一種監測魚類投飼量和相關環境變量的新系統，確定投飼量與環境相關變量之間的相關性，為水產養殖精準變量投飼裝備的研究提供相關支持。2005年C.M.Chang等[14]設計了一種精準控制投飼機制，通過智能反饋鰻魚聚集行為調節控制策略參數，定時定量精準完成投飼，很大程度上減低了鰻魚養殖作業本。2016年Kristoffer Rist Sk?ien等[15]設計一種氣動旋轉式投料撒布機，有效緩解工業規模的網箱養殖機械化投飼問題，期間應用無人機、計算機視覺等現代方法表征投飼裝置的性能。2020年Ritu Prem等[16]開發一種適用于半集約化養殖條件的機械化投飼裝置，主要部件包括安裝在驅動軸上的圓柱形進料器、螺旋槳和轉向裝置等，整體設計簡易有效、節能、環保。

總體來說，國外投飼技術相對來講成熟很多，自動投飼裝備普遍適用于的工廠規模化養殖，從飼料的投放、輸送、儲存等都有相當高精度的數量控制。其中，自動投飼機器人系統和多單體集中控制式自動投喂系統等具有可行的實際生產應用價值、系統性能穩定及智能化程度高等優點，可實現設定投飼計劃，在投喂期間可實時調整，根據天氣、溫度和濕度等外部環境因素具體修正投飼量。我國水產養殖投飼的智能化發展仍需瞄準多種現代化的控制技術控制養殖的各個環節和細節，大膽科學嘗試各種創新設計，努力縮小與國外投飼技術的差距。

2 水產養殖投飼設備發展中存在的問題

隨著投飼技術的不斷研究進步，水產養殖產業的不斷發展，如今的投飼技術基本可滿足機械化投飼問題，但仍然存在一些不足之處。

2.1 智能化投飼發展存在技術短板

現有投飼系統并不能充分、合理的使用飼料，缺少對投料量多少的掌握，整體智能化欠缺；水產養殖動物行為獲取、識別、分析的自動化、智能化水平也仍有待提高。此外，我國自主研發的農業專用傳感器數量少，智能感知系統靈敏度不高，穩定性相對較差，終端遠程控制系統和執行控制指令系統精確性不足。魚類動物模型與智能決策準確度低，多數情況下是時序控制而不是按需決策控制，前期養殖數據采集和應用整合程度也偏低。技術發展上整體與水產養殖融合深度不夠，缺乏實際解決投飼問題的手段。

我國水產養殖智能化投飼裝備整體仍處于發展階段，農業科技水平比較低，較難實現復合型、多功能、實時反饋等作業，很難在較大范圍內推廣和應用移動信息處理、大數據及互聯網等新型信息技術，這與我國農村信息化建設基礎薄弱有直接關系。

2.2 智能化投飼發展受要素資源影響大

從勞動要素來看，目前從事水產養殖生產作業的主要力量是中老年人、女性，對農業新技術的理解和應用相對不充分。從技術要素來看，我國水產養殖綜合機械化水平遠低于主要農作物綜合機械化水平，由于地區間、經濟和自然條件等方面的存在較大差異，水產養殖機械化水平發展不平衡。農業資源要素使用效率低下限制了投飼技術和裝備的發展。

我國投飼技術和裝備發展缺乏能夠熟練操的高素質新型農民，以及信息化專業研發的農業科技人員；從業人員整體文化水平偏低，缺乏相關技術培訓，生產經營管理和電子信息化的復合型人才員存在較大缺口，以上問題不僅是水產養殖投飼技術和裝備發展的突出問題，也是農業生產中亟需重視和解決的。建設智慧水產養殖投飼初期需要大量投資，成本在短期內較難回收，直接導致企業和農戶參與智慧漁業發展的意愿不高，加之多數情況下無力進行土地集約化經營和引進或直接購買先進的養殖投飼設備，間接影響了投飼設備市場開拓、產品創新和智慧信息化發展。

2.3 智能化投飼的技術應用效果和效益不佳

智能投飼應用目標是實現的按需智能化控制和精細智慧化管理，需要養殖對象的實體模型、投飼需求量、生長速度及其飼料轉化率等數據支撐，這些數據不可能通過計算而獲得精確數值，且計算機在分析控制的時候缺乏相應參照，控制可靠性大打折扣，移動信息處理技術的優越性未得到充分發揮，應用效果不盡人意。

我國目前關于水產養殖投飼設備的研究，部分研究過于強調技術先進性，忽略了系統成本及設備的實用性、可靠性、不同養殖模式的適應性和通用性，導致智能投飼系統的市場化程度不高。且政府農機補貼少、市場上投放量少、價格高，致使我國本就分散經營的中小型經營者無力購買。智慧投飼技術得以推廣的前提是集約化、規模化，市場經濟條件下，小規模生產在農產品價格和成本方面，在激烈的市場競爭條件下難以產生理想的效益，這種小規模的生產模式一定程度上影響智慧投飼設備的發展進度。

3 對策分析

3.1 加大硬件研發力度，助力解決漁業發展難題

從研發漁業專用傳感器入手，鼓勵IT涉農企業、電信運營商、科研高校院所等社會力量投入漁業專用傳感器建設，國家一定程度上給予智慧漁業投飼領域等更多的政策性扶持及資金扶持，注重系統控制穩定性、可移動信息處理技術的優越性與執行端設備的調試與結合，采用大數據信息技術、深度學習等不斷優化前期數據，與互聯網或者涉農企業合力攻克投飼技術、市場等難題，逐步形成政府引導下的投資主體多元化、運行維護市場化，通過自主研發與其他企業合作，為行業內提供具體細化的科學方案，合力推進漁業智能投飼技術的發展。

3.2 統籌發展要素資源，提高新型職業漁民培訓

為智慧漁業的發展培育出本土人才，當地政府要實施優惠政策并加強基礎設施建設，新型職業漁民培訓要結合漁民實際情況，不同對象采用不同的培訓內容和培訓模式。與傳統漁業相比，智慧漁業生產對人才要求更高，因此要將新型漁民培育納入發展計劃當中，形成職業漁民教育培育體系。另外，要重視相關法規、政策和標準的制定和實施，為漁業智能投飼技術投入的知識產權保駕護航。

3.3 強化科技成果轉化，保障應用效果和效益

為提高智能投飼技術的成果轉化和應用率，政府支持和引導一批具有重大影響的智能投飼技術應用示范工程和示范基地，堅持家庭承包、土地流轉的基礎上，因地制宜發展多種適合投飼技術應用的經營形式。政產學研用緊密結合起來，讓研究成果直接面向經濟生產，形成高等科研院校與企業主體間有效的合作創新體系，通過科技成果轉化落地來解決經濟實際發展中的問題。

4 結語

機械化、智能化投飼是現代漁業發展要求之一，我國水產養殖智能化投飼裝備整體發展相對緩慢，存在技術短板且受發展要素的影響大，部分研究的實用性、可靠性、不同養殖模式的適應性和通用性欠佳。針對弱項短板聚焦漁業專用傳感器的研發，攻堅克難投飼技術的主要發展障礙；出臺優惠政策并加強基礎設施建設，精準培育和提高新型職業漁民培訓；通過研究成果直接面向經濟生產，緊密聯合政產學研用一體化，切實保障科技成果轉化和落地的效果、效益。

隨著科學發展，會不斷涌現出各式各樣的創新設計，智能化以及遠程控制是未來投飼技術的發展方向，希望我們能夠抓住機遇，全面全程推進水產養殖的各個環節和細節，做到真正的智能化養殖。