CN105010226B - 一种促进石斑鱼苗种生长和提高存活率的工厂化养殖照明系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种促进石斑鱼苗种生长和提高存活率的工厂化养殖照明系统及其应用，所述照明系统包括由冷白、绿、蓝三种单色LED发光芯片组成的复合式LED灯组、光源控制系统和防水外壳，其中光源控制系统内包含电源模块和电路控制模块，能够控制复合式LED灯组的光照强度和光照时间，防水外壳使用防腐材料并使用密封胶进行防水处理。本发明根据石斑鱼幼鱼对特定光谱、光强和光照周期的喜好进行开发和设置，能够满足工厂化养殖石斑鱼幼鱼对光色、光强和光周期的需要，促进石斑鱼幼鱼的健康生长和提高存活率，进而提高工厂化石斑鱼养殖的经济效益。

Description

一种促进石斑鱼苗种生长和提高存活率的工厂化养殖照明系 统及其应用

技术领域

本发明属于水产养殖设备领域，具体的涉及一种促进石斑鱼苗种生长和提高存活率的工厂化养殖照明系统及其应用。

背景技术

目前，我国养殖的名贵海水鱼类，如大菱鲆（Scophthalmus maximus）、牙鲆（Paralichthys olivaceus）、真鲷（Pagrus major）、黑鲷（Sparus macrocephalus）和石斑鱼（Epinephelus）等，在其育苗阶段，均存在仔、稚鱼大量死亡的现象，成活率一般都低于20％，其原因与养殖环境等密切有关。光作为水生环境中一个比较复杂而又特殊的外部生态因子，包括光谱、光照强度和光周期。实践证明，鱼对光变化的感受性随着鱼种类以及发育水平的不同而存在差异，光照会显著影响仔鱼摄食、生长、发育以及存活等等一系列生理活动，从而直接影响育苗的成活率。对于光照，以往在海水养殖业中涉及最多的便是光强和光周期，然而对于海水鱼类养殖光照的光谱特性，国内无论理论研究还是生产实践，相关资料还十分匮乏。

近年来，国外海水养殖发达国家逐渐将养殖人工光照的研究重点向光谱特性研究转移。最新结果显示，光谱能显著影响养殖鱼类的应激反应、生理状态和行为，进而影响其生长和存活。Villamizar等研究了光谱特性和光照周期如何影响孵化前1天到孵化后40天的舌齿鲈鱼卵和苗种，结果显示，在蓝光下养殖的苗种鱼体长度、湿重均最大，而在红光下养殖的湿重最小，在红光下养殖的苗种卵黄囊和油球吸收速度慢，而蓝光下的苗种大大早于其他组的苗种发育出鱼鳍，牙齿和鱼鳔。这些结果证明光谱和光照周期对舌齿鲈苗种产生关键性作用，在蓝光条件下能够获得最佳的生长性能。Blanco等研究发现，不同光谱对于塞内加尔鳎仔鱼的变态有不同的效果，采用蓝光处理的仔鱼，其眼睛发生偏转的时间要大大早于红光和白光处理组。Nafsika等分别将白光(全光谱)、红光(605 nm)和蓝光(480 nm)施加于养殖在循环水系统中的鳞鲤和镜鲤，在试验期间发现，鳞鲤在低养殖密度时应养殖在红色光照下，在高养殖密度时应养殖在蓝色光照下。对于镜鲤则由于蓝光和红光会诱发镜鲤鱼体大小的不均一性而应避免在高密度养殖中使用，研究的结果充分显示出光谱条件对养殖鲤鱼生理状态的重要性。

尽管越来越多的研究已经证明了养殖人工光照在鱼类养殖中的重要性，然而目前，由于对人工光照调控的重要性缺乏充分的认识，国内在海水鱼类工厂化养殖车间中普遍使用的照明光源依然是白炽灯或日光灯管，其缺点是：1）日光灯管在生产过程中以及报废后会对环境有污染，主要是汞污染，会污染水资源；2）白炽灯和日光灯管色衰较严重，并且会有闪烁现象，有可能会对养殖品种的视力造成影响；3）传统光源如荧光灯、白炽灯等光谱较宽，单色光中会夹杂一些不必要的波长使单色光不够纯正，并且荧光灯的可控性较差，光强和光色都不可调节，还会有紫外线的辐射；4）白炽灯和日光灯管寿命较短，最长使用寿命也就10000h，而在养殖厂这种阴暗潮湿的环境中，使用寿命会大大的缩短。5）白炽灯和日光灯管的效率相对较低，60%左右的电能可转换为紫外光，剩余部分转换为热能。而紫外光激发荧光粉转换为可见光的效率大致在40%左右。因此荧光灯的效率仅为60%×40%=24%左右，而LED光源的发光效率可达到80-90%。

发光二极管（LED）被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、照度强、稳定性高等特点，更为关键的是，由于LED光源具有相对单一的光谱特性，因此可以产生比较纯的单色光，例如蓝色LED以波长470nm时为单峰值。而白炽灯的光谱峰值广泛分布于400nm多的蓝色领域至700nm多的近红外领域，在紫外领域和红外领域也能观测到发光强度。由于单色LED光源具有典型的光谱峰值的特性，因此可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色任意组合，从而能够形成不同光色的组合，实现丰富多彩的动态变化。由于LED具有的独特光谱特性，能够将其应用于农业生产、畜牧业、水产养殖等诸多领域。

石斑鱼属（Epinephelus）鱼类，属鲈形目，别名又叫：石斑，为暖水性近海底层名贵鱼类，分布于北太平洋西部，中国主产于南海及东海南部，其中较为常见的有赤点石斑鱼、青石斑鱼、云纹石斑鱼斜带石斑鱼和龙趸石斑鱼等。石斑鱼肉质肥美鲜嫩，营养丰富，是一种低脂肪、高蛋白的上等食用鱼，被港澳地区推为我国四大名鱼之一。近年来，石斑鱼工厂化养殖中出现了病害爆发、苗种存活率低、鱼苗残食严重、苗种畸形率高、苗种生长缓慢、商品鱼体色异常等严重阻碍产业健康发展的现象，其根源与养殖环境恶化、养殖密度过大、营养缺乏和操作不当等因素密切相关。随着石斑鱼养殖业的发展，在石斑鱼工厂化养殖中通过养殖设备的更新以改善养殖环境、提升鱼类福利养殖的水平、减少能耗和养殖成本是必然趋势，但目前专门针对工厂化石斑鱼养殖所开发的特种LED光源在国内外还尚无报道。

发明内容

本发明提供了一种促进石斑鱼苗种生长和提高存活率的工厂化养殖照明系统及其应用，本发明在研究了石斑鱼苗种在不同光照环境（光色、光照强度和光周期）下的特定生长率和饵料系数等指标的基础上，根据石斑鱼苗种对特定光谱、光强和光照周期的喜好进行设置和开发的一种水产养殖新型设备，它能够满足工厂化养殖石斑鱼苗种对光色、光强和光周期的需要，从而促进石斑鱼苗种的摄食和健康生长，提高工厂化石斑鱼养殖的经济效益。

为实现上述发明目的，本发明按如下技术方案实现的：

一种促进石斑鱼苗种生长和提高存活率的工厂化养殖照明系统，所述照明系统包括复合式LED灯组、光源控制系统和防水外壳，所述复合式LED灯组和光源控制系统外包裹有所述防水外壳，所述复合式LED灯组由冷白LED发光芯片、绿色LED发光芯片和蓝色LED发光芯片组成，所述光源控制系统内包含电源模块和控制复合式LED灯组的光照强度和光照时间的电路控制模块。

对上述技术方案的进一步改进：所述的复合式LED灯组中冷白、绿色和蓝色三种单色LED发光芯片的数量比例为2:1:1 或3:1:1。

对上述技术方案的进一步改进：所述冷白LED发光芯片、绿色LED发光芯片和蓝色LED发光芯片的排列顺序为1白1绿1蓝1白或2白1绿1蓝1白。

对上述技术方案的进一步改进：所述复合式LED灯组的功率范围为40W-80W。

对上述技术方案的进一步改进：所述电路控制模块以内置E2PROM的AT89C52单片机为核心组成主控单元。

对上述技术方案的进一步改进：所述防水外壳使用防腐材料并使用密封胶进行防水处理。

本发明还提供了所述的养殖照明系统在用于工厂化养殖石斑鱼中的应用。

对上述技术方案的进一步改进：所述照明系统安装于工厂化石斑鱼养殖池水面上方150-200cm处，光照强度范围为600-1200lx，所有发光芯片的发光面均垂直向下。

对上述技术方案的进一步改进：所述照明系统使用的光照周期为12L:12D。

本发明与现有技术对比的有益效果：

1、所述照明系统采用的由冷白、绿色和蓝色三种单色LED发光芯片组成的复合式LED灯组和光源控制系统能够实现针对石斑鱼这一重要养殖鱼类品种所需要的特定光照环境（光色、光照强度和光周期），通过养殖生产和生理学研究表明：该系统能够产生适宜石斑鱼苗种摄食、生长所需的光照，进而促进石斑鱼苗种的存活和健康生长，提高工厂化鱼类养殖的经济效益。

2、所述照明系统根据鱼类养殖工厂的实际需要，进行了防水设计，使其更加适应高温、高湿的环境，从而更适合应用于工厂化石斑鱼养殖中。

附图说明

图1是本发明所述照明系统的原理示意图；其中1、复合式LED灯组；2、光源控制系统；8、养鱼池；

图2是本发明所述养殖照明系统的结构示意图；其中1、复合式LED灯组；2、光源控制系统；3、冷白光LED芯片；4、绿光LED芯片；5、蓝光LED芯片；6、防水外壳；

图3是本发明所述照明系统的复合式LED灯组的结构示意图，其中3、冷白光LED芯片；4、绿光LED芯片；5、蓝光LED芯片；6、防水外壳；7、复合式LED灯组透明灯罩；

图4是本发明所述光源控制系统的原理图；

图5是本发明所述照明系统对石斑鱼的生长率的应用效果图。

图6是本发明所述照明系统对石斑鱼的存活率的应用效果图。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图详细叙述本发明的技术内容。

实施例1

如附图1和图2所示，本发明所述促进石斑鱼苗种生长和提高存活率的工厂化养殖照明系统包括由冷白、绿色和蓝色三种单色LED发光芯片组成的复合式LED灯组1、光源控制系统2和防水外壳6。所述复合式LED灯组和光源控制系统由防水外壳包裹覆盖，从而起到防水的效果。所述复合式LED灯组设于养鱼池8的上方，光源控制系统位于复合式LED灯组的上方。

所述复合式LED灯组内包含按照一定比例排列的冷白光LED芯片3、绿光LED芯片4和蓝光LED芯片5，LED灯组外罩有复合式LED灯组透明灯罩7，使其能够发出适宜石斑鱼苗种摄食、生长所需的特定光色的光照；所述复合式LED灯组中冷白、绿色和蓝色三种单色LED发光芯片的数量比例为2:1:1或3:1:1 ，按照此比例，冷白LED发光芯片、绿色LED发光芯片和蓝色LED发光芯片的排列顺序为1白1绿1蓝1白或2白1绿1蓝1白，并且所有发光芯片的发光面均垂直向下。所有冷白、绿色和蓝色LED发光芯片的数量由复合式LED灯组的功率范围和单个单色LED发光芯片功率所决定，复合式LED灯组的功率范围为40W-80W，所述的照明系统使用的光照强度范围为600-1200lx，光照周期为12L:12D。本实施例中如图3所示，所述的复合式LED灯组的功率为60W，单个LED发光芯片的功率为1.25W，所有冷白和绿色LED发光芯片的数量即为40个（冷白20、绿色10、蓝色10）。

如图4所示，所述光源控制系统内包含电源模块和电路控制模块，所述电路控制模块能够根据石斑鱼苗种摄食、生长所需控制复合式LED灯组设定为不同的光照强度和光照周期；所述光源控制系统内的电路控制模块以内置E2PROM的AT89C52单片机为核心组成主控单元，配以受控调压模块和压控PWM恒流驱动复合式LED灯组以及环境照度传感器和投饵位置传感器。

本发明所述照明系统上电启动后，执行E2PROM中的预置指令，自动投入运行。采用巡检方式扫描传感器和键盘，任何时刻优先处理键盘中断，E2PROM中预置发光功率、工作时间等参数。单片机对预置和扫描数据运算后，经数模转换输出0-5V控制信号至调压模块控制端，调压模块输出受控于控制端的交流电压，传送至复合式LED灯组。LED灯组的输入端是一压控PWM恒流驱动AC—DC变换器，为LED灯板提供受控于输入电压高低的直流恒流源，实现调光功能。调压模块输出的交流信号，既向LED传送发光功率，同时又向PWM传送压控信号。

所述防水外壳使用防腐材料并使用密封胶进行防水处理。所述的照明系统可安装于工厂化石斑鱼养殖池水面上方150-200cm处，达到促进石斑鱼苗种摄食和生长的目的所需的光照强度范围为600-1200lx，光照周期为12L:12D。

如图5和图6所示，所述的照明系统对石斑鱼苗种特定生长率和存活率的影响，经过为期30天的对比实验，结果表明，应用本发明的石斑鱼苗种特定生长率最大，显著高于日常使用的白炽灯和荧光灯；此外，应用本发明的石斑鱼苗种的存活率也显著高于日常使用的白炽灯和荧光灯，证明了本发明在促进石斑鱼苗种生长和提高存活率方面能够取得良好的效果。特定生长率=100*(lnW末-lnW初)/t(W为体重，t为养殖天数)，存活率=100*(成活的鱼苗尾数/放养鱼苗尾数)。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种促进石斑鱼苗种生长和提高存活率的工厂化养殖照明系统，其特征在于：所述照明系统包括复合式LED灯组、光源控制系统和防水外壳，所述复合式LED灯组和光源控制系统外包裹有所述防水外壳，所述复合式LED灯组由冷白LED发光芯片、绿色LED发光芯片和蓝色LED发光芯片组成，所述光源控制系统内包含电源模块和控制复合式LED灯组的光照强度和光照时间的电路控制模块；

所述的复合式LED灯组中冷白、绿色和蓝色三种单色LED发光芯片的数量比例为2:1:1或3:1:1；

所述冷白LED发光芯片、绿色LED发光芯片和蓝色LED发光芯片的排列顺序为1白1绿1蓝1白或2白1绿1蓝1白；所述复合式LED灯组的功率范围为40W-80W。

2.根据权利要求1 所述的促进石斑鱼苗种生长和提高存活率的工厂化养殖照明系统，其特征在于：所述电路控制模块以内置E2PROM的AT89C52单片机为核心组成主控单元。

3.根据权利要求1所述的促进石斑鱼苗种生长和提高存活率的工厂化养殖照明系统，其特征在于：所述防水外壳使用防腐材料并使用密封胶进行防水处理。

4.权利要求1所述的养殖照明系统在用于工厂化养殖石斑鱼中的应用，其特征在于：所述照明系统安装于工厂化石斑鱼养殖池水面上方150-200cm处，光照强度范围为600-1200lx，所有发光芯片的发光面均垂直向下；所述照明系统使用的光照周期为12L:12D。