浅谈智能生态鱼缸的构建与发展前景

吴佳俊，郭莹，刘兴月，郝萌萌，环诚

（1.陕西中医药大学，陕西咸阳 712046；2.医学技术学院，陕西咸阳 712046）

科技不断在进步，设想一下，人们在结束繁忙工作后，这时，就需要有一个能够愉悦身心，缓解压力，转移注意力的“好朋友”来帮助解决疲乏，智能生态鱼缸应景而生，具有自动化远程操作系统又同时兼具水培绿植双系统多功能，心灵在治愈的同时又减轻因为缺乏经验和时间打理鱼缸的负担，随着人们需求的增多，智能生态鱼缸也在发展。

一、鱼缸的生态环境构成

智能生态鱼缸的生态环境主要由观赏鱼、石木、水草、沙子等构成。为了建立一个相对完整的水生生态体系，引入田螺和黑壳虾等作为主要的分解来源，并在池底上铺设了活性炭和水草砂浆，在其表面栽培适量苦黑藻等各类水生动植物。水面以上用填料层构建一个复合填料层，在填料层表面种植了根系发达以及具有驱蚊作用的薄荷和紫苏[1]。池底部还增加了一个潜水发射泵，在液体填料和涂层侧面上还设置了一个小型化的太阳能潜水发射器反光板，以便为新的潜水泵使用提供一个足够的潜水能源。以上景观物质与现代科技相结合构成微小的自然水城景观，体现出水景交融的自然美和由此产生的意境美[2]。

（一）光合细菌在智能生态鱼缸中的应用

光合细菌被广泛认为可能是目前世界上普遍存在于人类地球上但是出现较晚的一种并且具有较强光合作用的原核细胞微生物[3]。光合细菌广泛部分存在于人类土壤、沼泽等各种自然环境中。沼泽等自然环境中。在智能生态鱼缸中各种生态环境构成过程中，光合型细菌主要的作用是将鱼缸中污水里的各种有机物和碳作为一种重要的碳源来进行光合作用，从而抑制各种病原性微生物的繁殖、增强和净化水质[4]。光合细菌的菌体内部存在着大量的蛋白质，氨基酸和鱼类成长所必须要求的维生素，从而增强了观赏鱼类自身免疫力。

在一个没有光线照射的环境中，光合细菌可以直接在光照较弱或者缺氧的情况下时菌体进行光合作用，光合细菌与其他绿色植物不同的地方就是，光合细菌的菌体中只包括少量地含有一个psi光谱系统[5]，其光合作用方式并不会使菌体产生任何氧气，主要是产生氢气，将空气中储存的氮分解成氨，并且还分解出其他有机物，由此便构成了人类和自然界各种化学物质循环的重要过程。

在无光的环境中，光合细菌在无氧的环境中使光能结合二氧化碳生成代谢，合成具有高蛋白，无毒的光合细菌菌体。不仅可以为观赏鱼提供营养丰富的饲料，而且还可以美化生态环境[6]。

在智能生态鱼缸的生态构成中可以划分为两种有氧环境和无氧环境，表层植物的生态环境良好，它们适合观赏鱼植物生长和繁殖，鱼缸的下部氧气薄弱，覆盖了大批观赏鱼所排泄的物质，这样就造成了观赏鱼水质的恶化和观赏鱼微生物大量的繁殖，然而环境恶劣时鱼缸的下部恰好是适合了光合性和细菌生长，光合性和细菌将观赏鱼排泄废物、食物中的残渣、有害物质可以作为营养材料进行光合作用，促进人体和微生物在土壤中的生长和繁殖，调节土壤酸碱度，改善含氧率，从而达到净化土壤和保护水质的目标[7]。促进微生物的生长繁殖，调节酸碱度，从而起到净化水质的作用[8]。

（二）生物填料在智能生态鱼缸中的应用

生物填料中存在多种微生物，生物填料层的表面积较大有利于微生物的生长繁殖，对生态鱼缸中的水、气进行重新分布，从而净化水质[9]。但市场中存在的生物填料品类繁多，不同生物填料的材质不同，水处理效果截然不同。

现在市场中存在的生物填料分别有以下几种：

固定式软性生物制剂填料，蜂巢状软性生物制制填料、波纹状平板状软性生物制剂填料，悬挂式生物制剂填料、软性固体生物制剂填料、半自动软性固体生物制剂填料、组合式软性生物制剂填料等[10]。

二、鱼家的多方面发展空间

（一）人文效应

经济技术不断发展，人们已经不满足于衣食住行等物质基础，精神享受成了这个时代不断更新与改进的驱动力。智能鱼缸系统[11-12]在这个时代能被更多的人接受和了解，社会发展过程中年轻人身为这个时代的主力军往往存在精神压力过大，而各种疾病也越来越年轻化。生态系统中的小动物、植物等都能够分散注意力、缓解焦躁、调节情绪，现在仍存在养殖过程中观赏鱼死亡的情况，而智能生态鱼缸致力于解决这一问题，自动化、远程操作等功能及时反馈鱼缸内情况，使用户提前做出相应的操作，完善用户体验，使养鱼这一消遣活动能更加符合现代年轻人的生活方式。

（二）经济效应

现阶段，智能鱼缸的销售途径主要有实体店销售、网上各类App购物，在走访和网上资料搜寻过程中，我们发现智能鱼缸的需求量与销售量都处于逐年递增趋势[13]。人们的生活需求使这种智能鱼缸不断被更新，来吸引更多的关注。

而公众号推广也开始盛行，通过建立公众号来推广智能生态鱼缸的功能及养鱼小知识等等，增加公众号的热度，随之智能生态鱼缸被更多人所了解，进而提高销售额。

（三）实用效应

在智能鱼缸的基础上添加鱼菜共生系统[14]，构建类似于大自然的稳定生态环境，使之更多地动静结合，更具有吸引力和实用性。这类设计实现了生态循环和水资源节约利用，与传统鱼缸相比，优点更多，吸引力更大，有利于销售。

三、人工智能在生态鱼缸中的应用

（一）智能生态鱼缸远程控制系统

21世纪以来物联网、智能家居越来越广泛地应用，基于创建一个智能鱼缸，达到智能生态养鱼的目的，鱼缸远程控制系统应运而生[15]。远程控制系统的控制核心是一个嵌入式芯片STM32F407、并且同时利用物联网和嵌入式技术、应用与之相关的传感器、以达到用户通过手机或电脑端就可以对鱼缸的内的情况进行远程监测与控制[16]。远程控制系统分为参数采集系统、蓝牙系统、控制系统。参数采集系统是通过安放在鱼缸内的温度测试仪、浊度计、光照感受器、红外线来对鱼缸内水温、浊度、光照强度和饲料量进行实时监测。该系统每半小时采集一次数据，若出现紧急情况可以通过蓝牙系统发出报警，用户也可以通过蓝牙系统在手机或电脑端看到鱼缸内的变化。控制系统在接收用户指令后做出相应的操作。远程控制系统使用户实现远距离对鱼缸检测和控制。

（二）智能生态鱼缸自动化系统

在繁忙的工作生活环境下，上班族出差、学生党寒暑假回家、出去旅游等各种需要长时间不能照顾鱼儿的情况，容易导致外界环境的改变鱼类无法自我调节导致鱼儿死亡。智能生态鱼缸的自动化功能，可以进行自动投食，自调温度，解决长时间无人管理的情况。而这种方便又智能的鱼缸也受到越来越多顾客的喜爱[17]。在更深层面，顾客在购买鱼缸的时候，想要拥有的功能既愉悦身心，又能在自己繁忙时也不需要分出太多精力而影响工作学习，鱼缸在不断地更新换代，智能鱼缸也越来越功能多样化，这些都是为了满足不同顾客的不同需求，时代在进步，智能鱼缸也在发展[18]。

四、小型生态缸的展望

在经济与生态环境和谐发展的契机之下，观赏鱼早已经成为生活中休闲与精神家园构建的重要组成部分，随着经济架构的助推，越来越多的学者将研究视线投入到观赏鱼养殖这一逐渐新兴的产业。

人们对精神家园的需求正在渴求物联网技术带来新的福音，随着出现了市场的发展与需求，水族行业正在根据各自领域的特色与技术创造出迎合市场的鱼缸，比如免换水生态缸、芯片远程控制型鱼缸、鱼菜共生型循环鱼缸。这些创新型产品的出现，需要接受市场的考验与消费者的售后回馈，这无疑是需要时间进行检验的，只有适应市场与消费者的需求，才会有更广阔的发展前景。

生态鱼缸的科技点缀不仅使我们通过微观世界观察自然，而且也在提高我们审美的趣味，相信在不久的将来，我们会享受到互联网+时代下物联网技术的推广与普及带来的福音，那时我们就能通过手机APP，实现鱼缸的日常维护，通过AR技术身临其境感受到鱼缸内的潜移默化。