智慧 + 水产养殖监控系统在虾类养殖中的应用
张 硕等
1. 应用背景介绍
氨氮和亚硝酸盐对养殖对虾具有显著的毒性和危害性。过高的氨氮浓度会对虾的肝胰腺等器官造成伤害，削弱其携氧能力，甚至引起应激反应。特别是在 pH 值较高的水体中，氨氮的毒性作用更为显著。因此，维持水中氨氮浓度在 0.5毫克 / 升以下至关重要。借助智慧水产养殖监控系统，我们能够实时监控水体中的氨氮和亚硝酸盐含量，智能调节循环水泵、物料添加装置等设备，确保水质安全，为对虾创造一个健康、安全的生长环境。
传统水产养殖依赖人工 24 小时监控，涉及水温、光照、水质等环境条件的细致观察，以及对溶氧值、pH 值等水质理化指标的精确掌握。但由于养殖场地域广泛、面积辽阔，人工监测难度重重，实时性受限，且成本高昂。传统监测方式已难以满足现代化、大规模、高标准的水产养殖需求。针对环境监测指标的高精确性和管理方式的新要求。因此，传统水产养殖需要结合智能化技术，以适应新的行业的发展。
2. 智慧 + 水产养殖监控系统解决方案
这套应用系统方案融合了电子技术与通信技术的最新成果，利用物联网技术，我们为用户设计出了智能化的水产养殖监测系统。该系统整合了计算机与网络通信、传感器等技术，实现对养殖场水环境的精准监测和远程控制，如图 1 所示，结构清晰、功能全面，为水产养殖业带来了革命性的进步。
图 1 系统构成图
该系统以先进的通讯网络技术、边缘计算技术和大数据、云计算为基础，能够实时监测水产养殖的多项关键指标，如水温、光照、溶氧值、pH 值等。用户可以通过计算机终端或手机移动端，远程掌握养殖水域的实时数据，洞察水质的微小变化，并通过视频监控养殖场的现场情况。图 2 展示了详尽的监测数据，为养殖户提供了科学决策的依据，确保了水产养殖的高效与安全。
监测数据触发智能控制器，自动启动增氧泵、换水机等设备。例如，循环水系统通过沉淀、过滤、生物处理等环节维持水质稳定，降低细菌感染风险。系统还支持定时定点投喂，优化饲料利用率，促进虾类均匀生长。
图 2 监测数据界面
利用水下高清摄像头结合 AI 算法，系统可实时捕捉虾类体表病变（如白斑病）、活力下降或异常行为（如拖便）。通过比对水产病害数据库，自动预警并推送防治建议，大幅降低病害爆发风险。若监测到氨氮超标、溶解氧不足等异常，系统通过短信、电话等多渠道报警，帮助养殖者及时干预，避免大规模损失。监测数据经云平台分析后生成水质画像，提供优化建议（如增氧时机、换水频率）。长期数据存储支持养殖过程追溯，助力科学决策。养殖者还可通过手机小程序或网页端远程查看数据、调控设备，实现“一人管多塘”的高效管理，降低人力成本。
监测数据经云平台分析后生成水质分析报告，提供养殖建议（如给氧增加、水体更换频率）。通过云存储服务长期数据，结合 AI 算法，系统可对该养殖区域内生成综合性的养殖数据整合记录。通过与历史数据的比对，自动预警并推送防治建议，大幅降低该病害爆发风险，做到因地制宜，科学决策。
3. 氨氮以及亚硝酸盐浓度过高对虾的影响
氨氮作为养殖水体中的主要威胁之一，存在形式包括氨气和铵根离子，其产生原因详见图 3。当水体中氨气超标时，对虾在排放氮废物时会遭遇障碍。氨气渗透至对虾的体组织液中，会导致血氨水平上升、中毒等结果。在养殖中，过高的养殖密度和过量饵料造成的氨氮浓度攀升，会使得对虾产生氨氮应激反应。
氨氮的存在导致对虾体内的酚氧化酶 PO、过氧化氢酶CAT 和超氧化物歧化酶 SOD 的活性显著下降，这不仅削弱了对虾的免疫力，还降低了其对弧菌的防御能力，加剧了对虾罹患弧菌病的风险。
当水体中氨氮质量浓度超过 15.6 毫克 / 升，对虾体内的PO、酸性磷酸酶 ACP 和碱性磷酸酶 AKP 活性会大幅下降，使其对白斑综合征病毒的敏感性升高，进而引发更高的死亡率。
图 3 氨氮以及亚硝酸盐产生的原因
在氨氮浓度高达 20 毫克 / 升的水体中，对虾持续暴露超过 96 小时后，其肝胰脏 SOD 活性会明显降低，导致肝细胞凋亡水平显著上升，从而严重破坏其免疫系统，对虾的健康造成极大的危害。
亚硝酸盐对南美白对虾的生长、变态发育及抵抗力均有不良影响，严重威胁其健康状况。浓度在 2.5 ～ 5 毫克 / 升时，会显著降低对虾的成活率和体增重率。浓度超过 20 毫克 / 升时，会激发对虾体内活性氧的过量生成，导致体内氧化还原平衡被打破。这些过多的活性氧会对蛋白质、脂质等生物大分子造成氧化损伤，进而降低对虾的抗病力。
亚硝酸盐可以通过对虾的鳃丝进入血液，对其机体组织产生直接或间接的损害，导致缺氧甚至窒息死亡。其对虾的毒害作用相较于氨氮更为显著。但在不同的水质环境下，对虾对亚硝酸盐的耐受度存在差异。海水养殖中，当水中亚硝酸盐浓度达 2 毫克 / 升时，对虾仍能维持正常生长。然而，在淡化养殖条件下，亚硝酸盐浓度超过 0.5 毫克 / 升，便可能引发对虾的应激反应，导致“偷死”现象。因此，为了保障养殖生产的顺利进行，要将养殖水体中亚硝酸盐的浓度控制在 2 毫克 / 升以下。
在养殖水环境中，无机氮主要以氨氮、亚硝酸盐（NO2-N）和硝酸盐（NO3-N）的形式存在，其中氨氮又包括离子态铵（NH4+-N）和分子态氨（NH3，N）。这些氮化合物可在适宜条件下通过氧化还原反应实现相互转化。虾池中，氨氮和亚硝酸盐主要来源于生物残体、养殖代谢产物和有机碎屑的降解。若硝化反应不完全，便会导致水体中氨氮和亚硝酸盐含量攀升。
为解决上述问题，智慧 + 水产养殖监控系统应运而生，系统能够实监控养殖水环境，为养殖户提供准确数据，使其能够灵活调节水体中的氨氮和亚硝酸盐浓度。
4. 解决办法与应用效果
借助智慧 + 水产养殖监测系统，一旦发现氨氮及亚硝酸盐浓度超标，养殖户可采取一系列措施进行调整，例如换水、调节鱼塘 pH 值、减少饲料投放、增加溶氧量等。此外，通过持续监控水体的溶氧、pH 等关键指标，养殖户能够更有效地调整养殖环境，进而抑制氨氮及亚硝酸盐浓度的上升。
智慧+水产养殖监控系统通过实时采集和监测养殖环境、水体指标等数据，赋予了养殖户全新的养殖管理模式。借助手机、互联网等终端设备，养殖户可以随时随地查看数据、远程控制物料调节装置，从而轻松掌握水产养殖的核心参数。系统会自动存储历史数据，形成强大的数据库，并通过大数据分析揭示环境变化和水体趋势，及时发出预警信息。这一应用不仅推动了虾类及其他水产类养殖的精细化管理，还大幅提升了水产养殖的信息化和自动化水平。
随着 5G、边缘计算等技术的融合，系统将向更高精度、更低延迟方向发展。例如，AI模型持续优化病害识别准确率，区块链技术完善产品溯源链条，进一步推动虾类养殖的智能化与标准化。同时在生态效益方面，系统可以减少水资源浪费，降低污染的精准喂食，促进可持续发展。在食品质量安全需求日益加高的今天，全程监控与追溯体系保障产品品质，增强市场竞争力。
