水产养殖投饲设备综述

宋帅帅，周珊珊，张桂中，张浪，张明斌，廖武

（1.河源市农业技术推广中心，广东 河源 517000；2.河源市动物卫生技术中心，广东 河源 517000；3.紫金农业机械推广服务中心，广东 河源 517000；4.河源市农业农村局，广东 河源 517000）

0 引言

现代化渔业是现代化农业的重要组成部分，随着养殖规模扩大，渔业机械成为其中不可或缺的设备[1]。水产养殖常见的设备有投饲设备、增氧设备、水质净化设备、清塘设备、排灌设备等。其中，投饲设备在降低投喂环节的作业成本、提高效率等方面发挥重要作用。

早期相对较低人力成本时，饲料投喂环节主要依赖人工进行作业，劳动强度大、效率低。随着老龄化时代的到来，人力成本逐年上涨，人工作业投饲显然不能满足水产养殖的生产需求，对投饲设备的需求也日益强烈[2]。我国投饲设备技术发展可分为人工、机械、自动化和智能化等阶段，传统的渔业投饲方式只能执行定时投喂，不能统计饲料量且无法智能的根据鱼类生长状况而改变投饲计划，也无法智能的感知水质、天气等一系列环境因素的变化来决定是否投喂或者调整投喂量，因此传统投饲机只是简单替代了手动抛洒饲料的作业过程，尚满足不了现代化渔业生产的需要[3]。随着机械自动化、移动计算处理和人工智能等技术的快速发展，智能自动化投饲研究也成为各大科研机构的研究热点[4]。近年来，国内外有关这方面的研究方向主要集中于决策控制系统与智能化投饲装置研发等方面，相关研究已开始关注养殖产品在养殖过程中的生长状况以及养殖品种质量与投饲作业之间的联系，甚至融合了生态学、气象学、动物行为学等相关学科知识进行智能化养殖装备的研发，将传感器、机器视觉、机器声学、物联网等智能化信息技术应用于投饲装备，能够根据养殖水质、生物行为等按需投喂，提高饲料利用率，降低养殖成本，符合可持续发展理念，所以智能投饲技术的研究具有重要意义[5]。通过智能化的设备设施实现水产养殖的高效投饲作业，改善水产品养殖环境，进而提升养殖品种的品质与价值，降低养殖成本，加快养殖业的现代化发展进程[6]。

通过对比国内外的研究进展，阐述我国水产养殖投饲设备发展进程，分析我国目前投饲设备的问题并提出对策建议。

1 水产养殖投饲设备发展的现状

1.1 国内投饲设备发展的现状

我国的现代水产养殖相对滞后，在投饲方面较为突出，初期中小型养殖规模常见的投饲方式主要是通过人工经验判断养殖对象饲料量，利用相应工具完成人工抛洒饲料，投喂均匀性、劳动强度、效率、饲料用量等方面的问题严重，且受人的体能、环境、天气条件的影响很大。但随着国家政策支持力度不断增大和市场经济的引导，我国水产养殖投饲设备也迎来快速发展，机械化、自动化和智能化等适合现代化水产养殖发展的研究逐步全面开展起来[2]。

我国投饲设备技术研究始于上世纪90年代以后，养殖户开始逐渐认识到使用投饲机可以提高饲料利用率。2010年葛一健等[7]分析了国内近十年投饲设备的发展，指出当时投饲机一定程度上仅是代替了人工抛洒作业动作，但投饲速度、地点及投饲范围通常是不可调，需要研制操作相对简便且经济性更高的自动投饵装备和技术。2014年王永鼎等[8]为解决水产养殖用投饲机投饲范围固定、投饲不均匀、饲料利用率低及污染严重等问题，提出并研制了基于气力输送和单片机控制的投饲范围可控的自动投饲机，通过气流吹送饲料技术，结合单片机控制单元实现投饲范围可控的自动投饲机，实现均匀投饲，整机实现设备模块化，可靠性强。2018年张丽珍等[9]运用CFX仿真分析结合正交试验对投饲机送料精度进行了仿真与分析，研究了投饲机送料管筒的倾角和长度以及饲料在管筒入口速度对测量精度的影响。为了满足水产养殖固定岸基式精准投喂的需要，国内学者对精准化投喂进行了大量研究。2021年栗鹏辉等[10]设计研发一种集成自动投饲与排污的鱼类养殖系统，提高了鱼类养殖中投饲和排污的定时、定量精度及节水效果，降低了劳动强度。2021年唐荣等[11]针对现有投饲设备缺少称量和自动控制功能，存在投饲量控制不精准、自动化程度低、可移动信息处理技术的优越性发挥不明显等问题，研究设计了一种全自动精准投饲系统，与传统小型投饲机、人工搬运和加装饲料的投饲方式相比，该系统可以减少劳动力成本70%、节约饲料用量3%，有效降低成本，取得了良好经济效益，具有实际工程应用价值。紧随国家政策要求，投饲技术的研究也展现出智慧、绿色发展趋势。

初期简易的投饲机远不能满足集约化、规模化养鱼技术的不断发展的需求，自动化、智能化是现代渔业发展的趋势，智能投饲技术可有效解决大规模水产养殖投饲劳动强度大、定点定时定量精度差、饲料利用率低等问题，能显著提高养殖配套设施装备水平。随着我国政策大力支持和各大科研机构的积极研发，我国水产养殖投饲装备水平具备了水产养殖规模化、工业化生产的能力，但仍于国外水产养殖投饲技术存在一定的差距。

1.2 国外投饲设备发展的现状

国外自动投饲装备普遍适用于室内的工厂化养殖，从饲料的运输、储存以及投放都有着极其精确的数量控制，具有高精确性、高可靠性等特性。随着科学技术的不断进步，国外最先将计算机控制系统实现无人操作，设置不同的投饲程序，开发自动投饲系统，还可以通过手机来实现远程的控制等，我国与国外的水平仍然存在一定的差距[12]。

1997年Ado W.Fast等[13]设计了一种监测鱼类投饲量和相关环境变量的新系统，确定投饲量与环境相关变量之间的相关性，为水产养殖精准变量投饲装备的研究提供相关支持。2005年C.M.Chang等[14]设计了一种精准控制投饲机制，通过智能反馈鳗鱼聚集行为调节控制策略参数，定时定量精准完成投饲，很大程度上减低了鳗鱼养殖作业本。2016年Kristoffer Rist Skøien等[15]设计一种气动旋转式投料撒布机，有效缓解工业规模的网箱养殖机械化投饲问题，期间应用无人机、计算机视觉等现代方法表征投饲装置的性能。2020年Ritu Prem等[16]开发一种适用于半集约化养殖条件的机械化投饲装置，主要部件包括安装在驱动轴上的圆柱形进料器、螺旋桨和转向装置等，整体设计简易有效、节能、环保。

总体来说，国外投饲技术相对来讲成熟很多，自动投饲装备普遍适用于的工厂规模化养殖，从饲料的投放、输送、储存等都有相当高精度的数量控制。其中，自动投饲机器人系统和多单体集中控制式自动投喂系统等具有可行的实际生产应用价值、系统性能稳定及智能化程度高等优点，可实现设定投饲计划，在投喂期间可实时调整，根据天气、温度和湿度等外部环境因素具体修正投饲量。我国水产养殖投饲的智能化发展仍需瞄准多种现代化的控制技术控制养殖的各个环节和细节，大胆科学尝试各种创新设计，努力缩小与国外投饲技术的差距。

2 水产养殖投饲设备发展中存在的问题

随着投饲技术的不断研究进步，水产养殖产业的不断发展，如今的投饲技术基本可满足机械化投饲问题，但仍然存在一些不足之处。

2.1 智能化投饲发展存在技术短板

现有投饲系统并不能充分、合理的使用饲料，缺少对投料量多少的掌握，整体智能化欠缺；水产养殖动物行为获取、识别、分析的自动化、智能化水平也仍有待提高。此外，我国自主研发的农业专用传感器数量少，智能感知系统灵敏度不高，稳定性相对较差，终端远程控制系统和执行控制指令系统精确性不足。鱼类动物模型与智能决策准确度低，多数情况下是时序控制而不是按需决策控制，前期养殖数据采集和应用整合程度也偏低。技术发展上整体与水产养殖融合深度不够，缺乏实际解决投饲问题的手段。

我国水产养殖智能化投饲装备整体仍处于发展阶段，农业科技水平比较低，较难实现复合型、多功能、实时反馈等作业，很难在较大范围内推广和应用移动信息处理、大数据及互联网等新型信息技术，这与我国农村信息化建设基础薄弱有直接关系。

2.2 智能化投饲发展受要素资源影响大

从劳动要素来看，目前从事水产养殖生产作业的主要力量是中老年人、女性，对农业新技术的理解和应用相对不充分。从技术要素来看，我国水产养殖综合机械化水平远低于主要农作物综合机械化水平，由于地区间、经济和自然条件等方面的存在较大差异，水产养殖机械化水平发展不平衡。农业资源要素使用效率低下限制了投饲技术和装备的发展。

我国投饲技术和装备发展缺乏能够熟练操的高素质新型农民，以及信息化专业研发的农业科技人员；从业人员整体文化水平偏低，缺乏相关技术培训，生产经营管理和电子信息化的复合型人才员存在较大缺口，以上问题不仅是水产养殖投饲技术和装备发展的突出问题，也是农业生产中亟需重视和解决的。建设智慧水产养殖投饲初期需要大量投资，成本在短期内较难回收，直接导致企业和农户参与智慧渔业发展的意愿不高，加之多数情况下无力进行土地集约化经营和引进或直接购买先进的养殖投饲设备，间接影响了投饲设备市场开拓、产品创新和智慧信息化发展。

2.3 智能化投饲的技术应用效果和效益不佳

智能投饲应用目标是实现的按需智能化控制和精细智慧化管理，需要养殖对象的实体模型、投饲需求量、生长速度及其饲料转化率等数据支撑，这些数据不可能通过计算而获得精确数值，且计算机在分析控制的时候缺乏相应参照，控制可靠性大打折扣，移动信息处理技术的优越性未得到充分发挥，应用效果不尽人意。

我国目前关于水产养殖投饲设备的研究，部分研究过于强调技术先进性，忽略了系统成本及设备的实用性、可靠性、不同养殖模式的适应性和通用性，导致智能投饲系统的市场化程度不高。且政府农机补贴少、市场上投放量少、价格高，致使我国本就分散经营的中小型经营者无力购买。智慧投饲技术得以推广的前提是集约化、规模化，市场经济条件下，小规模生产在农产品价格和成本方面，在激烈的市场竞争条件下难以产生理想的效益，这种小规模的生产模式一定程度上影响智慧投饲设备的发展进度。

3 对策分析

3.1 加大硬件研发力度，助力解决渔业发展难题

从研发渔业专用传感器入手，鼓励IT涉农企业、电信运营商、科研高校院所等社会力量投入渔业专用传感器建设，国家一定程度上给予智慧渔业投饲领域等更多的政策性扶持及资金扶持，注重系统控制稳定性、可移动信息处理技术的优越性与执行端设备的调试与结合，采用大数据信息技术、深度学习等不断优化前期数据，与互联网或者涉农企业合力攻克投饲技术、市场等难题，逐步形成政府引导下的投资主体多元化、运行维护市场化，通过自主研发与其他企业合作，为行业内提供具体细化的科学方案，合力推进渔业智能投饲技术的发展。

3.2 统筹发展要素资源，提高新型职业渔民培训

为智慧渔业的发展培育出本土人才，当地政府要实施优惠政策并加强基础设施建设，新型职业渔民培训要结合渔民实际情况，不同对象采用不同的培训内容和培训模式。与传统渔业相比，智慧渔业生产对人才要求更高，因此要将新型渔民培育纳入发展计划当中，形成职业渔民教育培育体系。另外，要重视相关法规、政策和标准的制定和实施，为渔业智能投饲技术投入的知识产权保驾护航。

3.3 强化科技成果转化，保障应用效果和效益

为提高智能投饲技术的成果转化和应用率，政府支持和引导一批具有重大影响的智能投饲技术应用示范工程和示范基地，坚持家庭承包、土地流转的基础上，因地制宜发展多种适合投饲技术应用的经营形式。政产学研用紧密结合起来，让研究成果直接面向经济生产，形成高等科研院校与企业主体间有效的合作创新体系，通过科技成果转化落地来解决经济实际发展中的问题。

4 结语

机械化、智能化投饲是现代渔业发展要求之一，我国水产养殖智能化投饲装备整体发展相对缓慢，存在技术短板且受发展要素的影响大，部分研究的实用性、可靠性、不同养殖模式的适应性和通用性欠佳。针对弱项短板聚焦渔业专用传感器的研发，攻坚克难投饲技术的主要发展障碍；出台优惠政策并加强基础设施建设，精准培育和提高新型职业渔民培训；通过研究成果直接面向经济生产，紧密联合政产学研用一体化，切实保障科技成果转化和落地的效果、效益。

随着科学发展，会不断涌现出各式各样的创新设计，智能化以及远程控制是未来投饲技术的发展方向，希望我们能够抓住机遇，全面全程推进水产养殖的各个环节和细节，做到真正的智能化养殖。