基于趨勢外推法的北京市漁業機械化水平研究*

禹振軍，盛順，胡浩，安紅艷，劉旺，劉千豪

(北京市農業機械試驗鑒定推廣站,北京市,100079)

0 引言

習近平總書記在中央農村工作會議上指明農業農村現代化發展方向[1],是做好新發展階段“三農”工作的行動指南。北京市要求做好新發展階段北京“三農”工作,必須圍繞“促進農業高質高效、鄉村宜居宜業、農民富裕富足”的目標[2],立足北京“大城市小農業”“大京郊小城區”的市情農情,走“大城市帶動大京郊、大京郊服務大城市”的城鄉融合發展之路。研究梳理漁業機械化發展短板弱項,提出發展重點措施。

十四五時期是加快漁業發展方式轉型升級,建設現代漁業的關鍵時期[3]?！度珖鴿O業“十四五”發展規劃》《農業農村部關于加快漁業轉方式調結構指導意見》等文件精神指出[1],以加快推進漁業發展方式轉變為主線。要大力發展工廠化循環水養殖、池塘工程化循環水養殖、種養結合循環養殖等健康綠色生態養殖模式[4],支持循環用水等節水技術應用及機械裝備升級改造,提高漁業養殖科技含量和生態環境保護水平。北京市按照“調糧保菜,做精畜牧水產”的總思路,緊密結合全市漁業實際,以“調結構、轉方式、發展節水生態漁業”為主線,大力發展“生態、籽種、休閑、精品”漁業,實現都市現代漁業創新、高效、節水、生態、綠色可持續發展。

1 國內外研究現狀

1.1 國外研究現狀

在增氧方面,美國、德國、日本、丹麥等水產機械生產廠主推的是純氧增氧技術[5]。丹麥和德國等國都成功地設計和建造了使用液氧向養魚池和生物過濾器增氧的養殖設備,大大提高了單位水面的魚產量。美國和瑞典等國研制的壓力振蕩吸收系統制氧裝置,可用于魚類養殖場直接生產氧含量高達85%～95%的富氧[6]。增氧系統是錦鯉等魚產品養殖機械化、標準化、規模化、現代化必備的增氧設備,可根據錦鯉養殖池的水量、養殖規格、養殖密度、池水深度需求,因地制宜的配套不同的增氧設備,用最低的成本實現最佳增氧效果。

在投餌方面,美國廣泛使用的是氣力輸送的餌料分送器,瑞典、丹麥使用的是軌道運輸投餌車[7]。氣力投餌機利用高速空氣流將餌料輸送到養殖池進行拋撒,可根據投餌量、養殖池面積、養殖密度、飼料種類、飼料形狀確定不同生長期餌料投喂量參數,實現定時、定量、定參數的自動投喂,可通過選擇現場或遠程操作,完成投喂設定、參數讀取、歷史數據獲取以及存儲等工作,實現無人值守的全自動投喂。投餌效率大大提高,減少養殖池餌料殘留。

在水體過濾方面,國外常用的水體凈化設備是水底打掃設備、機械過濾設備、加壓過濾設備、微濾機、生物濾池、反硝化濾池等。目前較先進的是智能化履帶式微濾機[8]。微濾機是分離水體中顆粒物的設備,可以有效去除水體中直徑30 μm以上的懸浮顆粒,是一種高效分離循環水中顆粒物設備,采用一體式同步帶濾網,同步性高、拉伸強度大、密封性好。具有自動水位監控、防跑偏導向、變頻控制電機、節能節水型反沖洗裝置、故障報警等功能,全程自動控制實現無人值守。

在水體殺菌方面,美國、日本、德國等國家廣泛使用的是紫外線殺菌機。紫外線殺菌機是目前工廠化水產養殖應用較多的殺菌設備。采用過流方式對養殖池水體進行殺菌。通過石英套管的方式將燈管與水隔離,采用電壓鎮流,可靠性高,設備耐酸堿,耐腐蝕,壽命長。可根據水量、養殖密度確定殺菌機參數[9]。

1.2 國內研究現狀

經過調研發現國內淡水產養殖設備主要以增氧、投餌機械為主。增氧設備有羅茨鼓風機增氧設備、葉輪式增氧機、涌浪式增氧機等。投餌機主要采用離心式、風送式、振動式餌料投送機械設備。其中風送式投餌技術是近幾年開始應用的,已在天津海發、四川通威、正大水產、中科院海洋研究所、黃海水產研究所、福建省水產研究所等單位應用。調查發現北京市池塘養殖工藝模式基本沒有應用水體過濾、水體殺菌機械裝備。

2 北京市漁業現狀

2.1 漁業養殖情況

水產養殖是北京市農業的重要產業之一,近年來漁業水域面積基本穩定在2 khm2。生產區域相對集中,重點分布在平谷區、懷柔區、通州區、密云區、順義區和房山區6個區(表1)。

表1 2020年北京市重點漁業水產區基本情況Tab.1 Basic situation of key fishery and aquaculture areas in Beijing in 2020

從表1可以看出,養殖面積占全市的79.79%,其水產品產量合計占全市的比重達到74.90%。

2.2 漁業機械裝備情況

在農機購置補貼等強農惠農政策扶持下,北京市水產養殖機械保有量大幅增長。全市水產養殖主要機械保有量達到12 967臺(表2),其中增氧機9 899臺,投餌機2 884臺,魚塘清淤機11臺,其他機械173臺。為水產養殖機械化發展提供了必要的農機裝備支撐。

表2 2020年北京市水產養殖主要機械保有量情況Tab.2 Status of the main machinery of aquaculture in Beijing in 2020

3 北京市漁業機械化指標研究

北京市漁業機械化指標采用趨勢外推法又稱為趨勢延伸法進行機械化水平測算。趨勢外推法是根據預測變量的歷史時間序列提示出的變動趨勢外推將來,以確定預測值的一種預測方法。趨勢外推法通常用于預測對象的發展規律是呈漸進式的變化,而不是跳躍式的變化,并且能夠找到一個合適函數曲線反映預測對象變化趨勢的情況。漁業機械化水平預測采用的是線性函數模型[10]。

3.1 漁業機械化總體水平研究

2013—2020年北京市水產養殖機械化水平在40%～45%之間,總體保持相對穩定(表3)。全市水產養殖機械化水平8年來最高的是在2020年,為45.21%,最低的是在2013年,為40.55%。

表3 2013—2020年漁業養殖機械化水平Tab.3 Mechanization level of fishery and aquaculture from 2013 to 2020

3.1.1 趨勢分析

從圖1可知,全市漁業養殖總體機械化水平呈上升趨勢,2017年受小、散水產養殖場清退產業政策影響,養殖量減少,裝備數量減少,機械化水平有小幅度波動。小、散水產養殖場投飼機械、水質調控機械、起捕機械、清淤機械配套不全面,使用機械化技術裝備意識不強,機械裝備更新意識談薄,是造成總體機械化水平不高的因素之一[11]。

圖1 漁業養殖機械化水平趨勢圖Fig.1 Run chart of aquaculture mechanization level

3.1.2 理論模型

為進一步研究漁業機械化水平與時間的關系,首先通過歷史數據分析出總體機械化水平趨勢理論模型,再通過理論模型(1)分別計算出機械化水平,實現對2025年和2035年機械化水平目標的預測。

漁業機械化總體水平計算方法如式(1)所示。

y=(0.484 9x-935.46)×100%

(1)

式中：x——時間要素。

3.1.3 漁業機械化水平指標預測

從表4可以看出,2022—2035年漁業養殖總體機械化水平為上升趨勢,逐年穩步提高。其中：2025年為46.462 5%,2035年為51.311 5%,年均提高0.45個百分點。為漁業機械化水平提升,實現漁業機械化、自動化、標準化生產提供了穩定的基礎。

表4 2022—2035年漁業機械化水平指標預測Tab.4 Prediction of fishery mechanization level indicators from 2022 to 2035

3.2 池塘養殖機械化水平影響分析

從池塘養殖工藝來看,池塘養殖機械主要以投飼機、葉輪式增氧機為主,池塘起捕采用多人協作拉網捕撈方式,在拉網過程中攪動了底泥和池水,起到了肥水和曝氣的作用。清淤環節采用清淤泵、挖掘機、推土機等,但清淤頻率不高。從表3可以看出,2013—2020年機械化水平最高的是2020年為44.28%,機械化水平最低的是2013年為39.54%。

3.2.1 趨勢分析

從圖2可知,池塘養殖機械化水平總體呈上升趨勢,2017年受環保政策影響,開展小、散水產養殖場清退,養殖量、裝備數量“雙減”,導致投飼機械、水質調控機械、起捕機械、清淤機械裝備數量減少,機械化水平有小幅度波動。

圖2 池塘養殖機械化水平趨勢圖Fig.2 Run chart of mechanization level of pond aquaculture

3.2.2 理論模型

為進一步研究池塘養殖機械化水平與時間的關系,首先通過歷史數據分析出池塘養殖機械化水平趨勢理論模型,再通過理論模型(2)分別計算出機械化水平,實現對2025年和2035年機械化水平目標的預測。池塘養殖機械化水平y1計算方法如式(2)所示。

y1=(0.492 9x-952.61)×100%

(2)

3.2.3 漁業池塘養殖機械化水平指標預測

從表4可以看出,2022—2035年池塘養殖機械化水平為上升趨勢,逐年穩步提高。其中：2025年為45.512 5%,2035年為50.441 5%,年均提高0.458個百分點。為池塘養殖機械化水平提升,實現池塘漁業機械化、自動化、標準化生產提供了穩定的基礎保障。

3.3 工廠化養殖機械化水平影響分析

從工廠化養殖工藝來看,機械裝備主要以投飼機、水質調控機械為主,水質調控機械有水體過濾機械、增氧泵、生物過濾池等,起捕機械有起捕網、吸魚泵等,起捕網是目前最實用的捕撈方式,成本低、適應性強、操作簡便。由于起捕頻率不高,如采用吸魚泵起捕,設備投入成本高,設備利用率低,維護不便,對操作人員技術水平要求高,養殖戶購買意識不強,導致起捕機械化水平較低。從表3可以看出,2013—2020年工廠化養殖機械化水平最高的是2017年為67.77%,機械化水平最低的是2013年為61.92%[12]。

3.3.1 趨勢分析

從圖3可知,工廠化養殖機械化水平呈大幅度波動,但總體呈上升趨勢,工廠化養殖投資大,門檻高,風險大,養殖工藝、機械、設施設備的實用性是支撐工廠化養殖長期發展的關鍵因素之一。起捕環節是機械化水平提升的短板,加強吸魚泵機械化裝備推廣力度,同時研發新的實用型工廠化漁業養殖起捕專用機械裝備,增加工廠化漁業養殖起捕機械裝備需求。

圖3 工廠化養殖機械化水平趨勢圖Fig.3 Run chart of mechanization level of industrialized breeding

3.3.2 理論模型

為進一步研究工廠化養殖機械化水平與時間的關系,首先通過歷史數據分析出工廠化養殖機械化水平趨勢理論模型,再通過理論模型(3)分別計算出機械化水平,實現對2025年和2035年機械化水平目標的預測。工廠化養殖機械化水平y2計算方法如式(3)所示。

y2=(0.343 3x-627.49)×100%

(3)

3.3.3 漁業工廠化養殖機械化水平指標預測

從表4可以看出,2022—2035年工廠化養殖機械化水平為上升趨勢,逐年穩步提高。其中：2025年為67.692 5%,2035年為71.125 5%,年均提高0.319個百分點。為工廠化養殖機械化水平提升,實現工廠化養殖漁業機械化、自動化、標準化生產提供了穩定的基礎保障。

3.4 不同養殖環節對機械化水平影響分析

從養殖環節來看,池塘和工廠化養殖工藝都涉及投飼、水質調控、起捕、清淤四個環節機械裝備。投飼、水質調控環節機械裝備使用普及率較高,專用性強,不能用其他相關機械代替,但起捕、清淤環節機械裝備使用頻率低,養殖戶不愿意增加裝備投入成本。池塘養殖采用拉網式集中起捕,每年1次,如采用吸魚泵起捕能耗高,起捕效率低。清淤環節機械裝備可用推土機、挖掘機等工程機械代替實現池塘清淤,效率高,清淤成本相當。

從表5可以看出,2013—2020年各環節機械化水平最高的是投飼環節機械化水平,為92.3%,最低的是起捕環節機械化水平,為1.2%。

表5 2013—2020年漁業養殖各環節機械化水平Tab.5 Mechanization level of various links in fishery breeding from 2013 to 2020

起捕、清淤環節機械化水平是漁業養殖機械化的短板,是影響漁業養殖機械化整體水平的兩個重要環節。應結合內陸養殖實際、農民意愿示范推廣經濟適用的起捕、清淤機械。

3.4.1 趨勢分析

從圖4可知,投飼環節機械化水平呈大幅度波動,但總體呈上升趨勢,2017年受環保政策影響清退大部分小散養殖場,而清退的養殖場中配備率、使用率最高的是投飼機,投飼機使用、維護簡單,價格適中,投飼工作勞動強度大,頻率高,養殖戶用機械替代人工投飼的意愿較起捕、清淤環節更迫切。

圖4 投飼環節機械化水平趨勢圖Fig.4 Run chart of mechanization level of feeding link

3.4.2 理論模型

為研究投飼環節機械化水平與時間的關系,通過歷史數據分析出投飼環節機械化水平趨勢理論模型,再通過理論模型(4)分別計算出機械化水平,實現對2025年和2035年機械化水平目標的預測。投飼環節機械化水平y3計算方法如式(4)所示。

y3=(0.648 3x-11 214.9)×100%

(4)

3.4.3 投飼環節機械化水平指標預測

從表6可以看出,2022—2035年投飼機械化水平為上升趨勢,逐年穩步提高。其中：2025年為97.907 5%,2028年達到100%,年均提高0.29個百分點。為投飼機械化水平提升,實現投飼環節機械化、自動化、標準化提供了穩定的技術裝備支撐。

表6 2022—2035年漁業養殖各環節機械化水平指標預測Tab.6 Forecast of fishery mechanization rate of each link from 2022 to 2035

3.5 水質調控環節機械化水平影響分析

3.5.1 趨勢分析

從圖5可知,水質調控環節機械化水平2013—2016年呈大幅度波動,2016—2017年呈穩定上升趨勢,水質調控環節在池塘養殖工藝中普遍以葉輪式增氧機為主,還有水車式等其他形式的增氧機械。

圖5 水質調控環節機械化水平趨勢圖Fig.5 Run chart of mechanization level of water quality control link

但在工廠化養殖工藝中以液化純氧增氧為主,羅茨鼓風機增氧等其它增氧方式為補充。還配套有微濾機、紫外線殺菌機、生物濾池等進行配套使用,實現對水體的過濾、殺菌、增氧。

3.5.2 理論模型

為研究水質調控環節機械化水平與時間的關系,通過歷史數據分析出水質調控環節機械化水平趨勢理論模型,再通過理論模型(5)分別計算出機械化水平,實現對2025年和2035年機械化水平目標的預測。水質調控環節機械化水平y4計算方法如式(5)所示。

y4=(0.382 3x-694.79)×100%

(5)

3.5.3 水質調控環節機械化水平指標預測

從表6中可以看出,2022—2035年水質調控環節機械化水平為上升趨勢,逐年穩步提高。其中：2025年為79.367 5%,2025年為81.279%,年均增幅為0.35個百分點。為水質調控機械化水率提升,實現水質調控環節機械化、自動化、資源化循環利用提供科技裝備支撐。

3.6 起捕環節機械化水平影響分析

3.6.1 趨勢分析

從圖6可知,起捕環節機械化水平呈大幅度波動,2017年受環保政策影響,小散養殖場數量、產量雙下降,小散養殖采用起捕機械少,意愿低,造成總體養殖產量計算基數下降。起捕環節是漁業養殖機械化水平提升短板,加強吸魚泵等新型起捕機械裝備推廣力度,同時研發新的經濟實用工廠化漁業養殖起捕專用機械裝備,增加起捕環節機械裝備配套率,從而提高起捕機械化水平。

圖6 起捕環節機械化水平趨勢圖Fig.6 Run chart of mechanization level of catching link

3.6.2 理論模型

為研究起捕環節機械化水平與時間的關系,通過歷史數據分析出起捕機械化水平趨勢理論模型,再通過理論模型(6)分別計算出機械化水平,實現對2025年和2035年機械化水平目標的預測。起捕環節機械化水平y5計算方法如式(6)所示。

y5=(0.191 7x-385.3)×100%

(6)

3.6.3 起捕環節機械化水平指標預測

從表6可以看出,起捕環節機械化水平為上升趨勢,逐年穩步提高。其中：2025年為2.892 5%,2035年為4.809 5%,年均提高0.18個百分點。為起捕環節機械化水率提升,實現起捕環節機械化、自動化提供技術裝備支撐。

3.7 清淤環節機械化水平影響分析

3.7.1 趨勢分析

從圖7可知,清淤環節機械化水平2014年后呈穩定提高趨勢,2014年后呈上升趨勢,清淤環節工作基本采用干塘清淤,每年甚至幾年清淤1次,且可用工程機械替代專用清淤機械,從而減少設備投入成本,解決清淤設備利用率的問題。清淤環節是機械化水平提升的短板,加強專用清淤機械化裝備推廣力度,同時研發新的實用型清淤專用機械裝備,促進清淤機械裝備轉型升級。

圖7 清淤環節機械化水平趨勢圖Fig.7 Run chart of mechanization level of dredging link

3.7.2 理論模型

為研究清淤環節機械化水平與時間的關系,通過歷史數據分析出清淤環節機械化水平趨勢理論模型,再通過理論模型(7)分別計算出機械化水平,實現對2025年和2035年機械化水平目標的預測。清淤環節機械化水平y6計算方法如式(7)所示。

y6=(0.317 6x-636.87)×100%

(7)

3.7.3 清淤環節機械化水平指標預測

從表6可以看出,2022—2035年清淤環節機械化水平為上升趨勢,逐年穩步提高。其中：2025年為6.27%,2035年為9.446%,年均提高0.29個百分點。為清淤環節機械化水率提升,實現清說環節機械化、自動化提供穩定的技術裝備保障。

3.8 不同養殖區域機械化水平影響分析

北京市漁業養殖面積2.2 khm2左右,其中商品漁業面積1 khm2,休閑漁業面積0.93 khm2各占北京市漁業總面積的50%。休閑漁業主要分布在通州區、順義區、延慶區3個區達到0.57 khm2,占休閑漁業總面積的60%。商品漁業主要分布在平谷區、順義區、房山區、通州區、延慶區5個區達到1.01 khm2占商品漁業總面積的95.1%。從表7分析應加強商品漁業機械化水平,休閑漁業以垂釣為主基本無機械化裝備應用。

表7 2020年北京市各區漁業養殖面積分布情況Tab.7 Distribution of fishery culture area in Beijing in 2020

北京市2020年總體機械化水平為45.21%,達到50%以上的區有順義、朝陽2個區,40%～50%之間的有平谷、通州、延慶、大興4個區,30%～40%之間的有房山、懷柔、昌平3個區,30%以下的有密云1個區,總體水平為0的有海淀、豐臺、門頭溝3個區。工廠化水平為65%的有平谷、順義、昌平3個區。

從表8可以看出,北京市漁業總體機械化水平不高,下一步應重點分區域進行補短板,(1)提升平谷、順義、昌平3個區漁業工廠化養殖智能化水平;(2)提升平谷、通州、延慶、大興、房山、懷柔、昌平、密云8個區漁業池塘養殖機械化水平,促進北京市數字漁業發展。

表8 2020年北京市各區漁業養殖機械化水平情況Tab.8 Mechanization level of aquaculture in each district of Beijing in 2020

4 北京市漁業機械化存在問題

4.1 漁業機械裝備結構不合理

漁業機械中,增氧機占漁業機械總數的76%,投餌機占漁業機械總數的22%,清淤機占漁業機械總數的0.08%,起捕機占漁業機械總數的0%。投飼、增氧兩個環節機械占到了總數的98%,機械化程度較高,而起捕、清淤環節機械化程度相對較低。

4.2 漁業機械自動化程度低

設備自動化程度低,占漁業機械比重較大的增氧機和投餌機雖然每年也有新增的增氧機和投餌機,但是自動化程度低。增氧機和投餌機的使用仍處于簡單機械代替人力勞動的階段,相對于傳統的人工方式大大減輕了勞動強度,但是普遍需要人工定時開關,若有人工方面的延誤,很容易出現浮頭翻塘現象,造成大量損失。增氧機和投餌機械距離自動化、智能化還較遠。智能監測設備目前只做到了測量溫度及溶氧量,而且此設備由于價格昂貴又是輔助管理設備,因此只有少數用戶應用,未得到廣泛推廣。

4.3 漁業養殖工藝落后

水產養殖方式有池塘養殖、工廠化養殖、網箱養殖、流水養殖等,目前主要采用以犧牲自然資源和物質消耗為主的傳統池塘分散養殖方式,該方式養殖密度低,污染物不易清除,標準化、規?；潭鹊?機械化水平低,捕撈困難,增氧效果差,魚品質差。

5 加快北京市漁業機械化發展建議

5.1 調結構、補短板,提升漁業機械化水平

通過農業機械購置補貼政策調動養殖戶使用新設備的積極性,引導養殖戶使用起捕機械和清淤機械,提高起捕機械、清淤機械在漁業機械中所占比重,補齊漁業機械化發展短板,使漁業機械實現同步發展,不斷提升漁業機械化水平。

5.2 強研究、促自動,提升漁業現代化水平

鼓勵農機生產企業和科研院所聯合,開展新產品的創新研究,加強新型增氧機和投餌機調查研究,通過試驗自動增氧機、自動投餌機,減輕工人勞動強度,提高設備增氧及時性,實現自動化。加強示范宣傳,促進自動化運行技術的推廣。加強起捕機械、清淤機械裝備調查研究,促進漁業全程機械化,提升漁業現代化水平。

5.3 強融合、促發展,提升漁業安全水平

加強農業機械與水產養殖、漁政監督、技術推廣、行業管理部門的深度融合,共同探討養殖工藝,不斷提高融合度,引導養殖戶由傳統池塘分散養殖向池塘集約化養殖轉型。提高養殖密度,提高增氧效率,提高投餌準確性,共同推進養殖新工藝。減少飼料污染,實現排污機械化,減少魚體病害發生,減少魚藥用量,促進漁業健康發展,提高漁業安全水平。