CN105638431A

CN105638431A - 一种高效海藻养殖设备

Info

Publication number: CN105638431A
Application number: CN201511027328.3A
Authority: CN
Inventors: 肖溪; 潘耀茹; 林芳; 李科; 于琰; 托马斯·温伯格; 樊炜; 潘依雯; 吴嘉平
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2015-12-31
Filing date: 2015-12-31
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2035-12-31
Also published as: CN105638431B

Abstract

本发明公开了一种基于环境因子调控的新型高效海藻养殖设备，所述海藻养殖设备主要包括主轴、太阳能光板、驱动电机、转盘、钢丝、海藻挂养苗绳和支架。本发明所述海藻养殖设备利用LED补光灯作为海藻生长的补充光源，为海藻提供光合作用所需的红光和蓝光；利用转盘带动海藻的转动，促进海水与空气的CO₂-O₂水气交换率，促进下层海水和上层海水的营养物质交换；利用太阳能作为驱动电机的动力，节能环保。本发明所述海藻养殖设备可通过微电脑控制，依据养殖海域的云层厚度、海水浑浊度等环境因子，调节LED补光灯的光照强度和光照周期，控制转盘的转速和转动时间。本发明为海藻养殖业提供了一种能有效提高海藻养殖产量的新型养殖设备。

Description

一种高效海藻养殖设备

技术领域

本发明属于海藻养殖技术领域，涉及一种可以基于环境因子调控的，可提高海藻养殖产量的海藻养殖设备。

背景技术

我国人口众多，经济快速发展时，对陆地资源造成大量消耗，制约了经济健康持续地发展，因此寻求新的可利用资源，探索出一条可持续发展道路，成为我国当下经济发展亟需解决的问题。进入21世纪，海洋经济日益成为一个国家和地区的重要经济发展方式。我国拥有约占陆地面积1/3的海洋国土面积，海岸线总长度达3.2万公里，因此海洋经济产业具有广阔的发展空间和巨大的发展潜力。

面对丰富的海洋资源，海水养殖业成为发展“蓝色农业”的一个重要途径。海藻营养丰富，既可作为食物，又可作为医疗保健用品和企业化工的生产原料，具有重要的经济价值，因此逐渐成为海洋养殖业的重点发展对象。水体中营养盐的流动和光照条件对海藻生长有着重要影响。目前大型海藻在养殖池中养殖时，水体中营养盐流动不充分，海藻无法充分吸收利用水中的营养物质；海藻生长所需的光照主要靠自然光照和人工光源。自然光照的光照强度和光照时间随天气、季节、海水透明度等外界环境的变化而变化，影响藻体细胞对光能的吸收利用，从而限制海藻的生长；海藻的光合作用主要吸收蓝光和红光，传统的人工光源主要有荧光灯、高压钠灯和日光色镝灯，这些光源的光谱都是连续复合光谱，无法对红蓝光质比等光参数进行调节，这样就在一定程度上造成部分光谱被浪费，海藻补光效率低。同时，这些人工光源大部分属于热光源，长时间照射会使海水温度升高，海藻正常生长的温度发生变化，不利于其生长。

发明内容

本发明的目的在于针对现有设备的不足，提供一种新型海藻养殖设备，利用LED补光灯改善由阴雨天气或海水浑浊引起的海藻生长过程中的光照不足的问题，利用转盘带动藻体转动，加速海藻和水体的相对运动，使水中营养盐的流动更充分，促进海藻对水体中营养盐的吸收利用，进而促进海藻生长。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于环境因子调控的新型高效海藻养殖设备，所述海藻养殖设备主要包括主轴、太阳能光板、驱动电机、转盘、钢丝、海藻挂养苗绳，其特征在于：所述主轴竖直设置；所述太阳能光板固定在主轴的顶部，所述驱动电机的输出轴与主轴相连，驱动电机驱动主轴沿轴线转动，太阳能光板给驱动电机供电；所述转盘通过钢丝固定在主轴上，所述海藻挂养苗绳的两端固定在钢丝上。

进一步地，所述钢丝的间隔依据挂养海藻的种类而定。

又进一步地，所述设备还包括微电脑，微电脑与驱动电机相连；微电脑通过无线网络接收环境信息，并根据环境信息控制驱动电机的输出功率，进而控制转盘的转速；所述环境信息指海水流速，驱动电机的输出功率为：

P＝m﹒g﹒(v_s–v_d)/9550

P—电机输出功率，单位：W(瓦)。

m—挂在转盘上的海藻质量，单位：kg。

g—重力加速度，单位：9.81m/s²。

v_s—海藻的最适生长的海水流速，单位：m/s。

v_d—海水的实际流速,单位：m/s。

n＝(v_s–v_d)/r

n—转盘转速，单位：rad/s

v_s—海藻的最适生长的海水流速，单位：m/s。

v_d—海水的实际流速,单位：m/s。

r—转盘的半径，单位：m

进一步地，所述设备还包括布置在钢丝上的红光LED光源和蓝光LED光源；红光LED光源的波长范围是630nm～720nm，蓝光LED光源的波长范围是410nm～480nm。

更进一步地，所述红光LED光源和蓝光LED光源均与微电脑相连，微电脑根据环境信息控制红光LED光源和蓝光LED光源的发光强度和光暗周期，所述环境信息包括养殖海域的实时云层厚度、海水浑浊度、太阳光照强度和光照时间，具体为：

P_c＝π﹒r²﹒(I_s–I_d)/η

P_c—微电脑输出的LED光源的发光功率，单位：W(瓦)

r—转盘半径，单位：m。

I_s—海藻的最适生长的光照强度，单位：lux。

I_d—海藻生长环境中的实际光照强度，单位：lux。

η—LED光源的光效。

又进一步地，所述设备还包括支架，所述主轴安装在支架上。

本发明具有以下优点：

(1)本发明根据海藻的光合作用主要吸收的光源为红光和蓝光，选用红光LED光源和蓝光LED光源作为海藻的补充光源，改善了海藻的光照光谱，提高了海藻对光的吸收利用率，既避免了光的浪费，又促进了海藻的光合作用，进而可以提高海藻的养殖产量，也可以缩短海藻的上市周期。同时，LED补光光源是冷光源，在对海藻进行近距离照射时，不会发生灼伤海藻的现象，也不会引起水体温度升高而破坏海藻正常的生长温度。

(2)本发明可根据养殖海域的环境因子(云层厚度、海水浑浊度、太阳光照强度和光照时间等)的实时情况，利用微电脑调控LED光源的发光强度和光暗周期，改善由阴雨天气或海水浑浊引起的海藻生长过程中的光照不足的问题。

(3)本发明利用转盘带动藻体转动，加速海藻与水体的相对运动，促进海水与空气的CO₂-O₂的水气交换率，提高海水中溶解氧含量；同时促进下层海水与上层海水营养盐的流动，使海藻能够充分吸收利用水中的营养物质。

(4)本发明利用太阳能光板，将太阳能转化为海藻养殖设备的驱动动力，节能环保。

附图说明

图1是基于环境因子调控的新型高效海藻养殖设备示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种高效海藻养殖设备，主要包括主轴1、太阳能光板2、驱动电机3、转盘4、钢丝5和海藻挂养苗绳，所述主轴1竖直设置；所述太阳能光板2固定在主轴1的顶部，所述驱动电机3的输出轴与主轴1相连，驱动电机3驱动主轴1沿轴线转动，太阳能光板2给驱动电机3供电；所述转盘4通过钢丝5固定在主轴1上，所述海藻挂养苗绳的两端固定在钢丝5上。

上述设备还包括微电脑，以实现智能控制，微电脑与驱动电机3相连；微电脑通过无线网络接收环境信息，并根据环境信息控制驱动电机3的输出功率，进而控制转盘的转速；所述环境信息指海水流速，驱动电机的输出功率为：

P＝m﹒g﹒v_s–v_d/9550

P—电机输出功率，单位：W(瓦)。m—挂在转盘上的海藻质量，单位：kg。g—重力加速度，单位：9.81m/s²。v_s—海藻的最适生长的海水流速，属于本领域的公知常识，可在J.Phycol.44,320–330(2008)，MarineBiology69,51-54(1982)等文献中查询得到。单位：m/s。v_d—海水的实际流速,单位：m/s。

n＝v_s–v_d/r

n—转盘转速，单位：rad/s；v_s—海藻的最适生长的海水流速，单位：m/s。v_d—海水的实际流速,单位：m/s。r—转盘的半径，单位：m；

还可以包括布置在钢丝5上的红光LED光源和蓝光LED光源；红光LED光源的波长范围是630nm～720nm，蓝光LED光源的波长范围是410nm～480nm。作为优选，所述红光LED光源和蓝光LED光源均可以与微电脑相连，以实现智能光控，微电脑根据环境信息控制红光LED光源和蓝光LED光源的发光强度和光暗周期，所述环境信息包括海藻生长环境中的实际光照强度，具体为：

P_c＝π﹒r²﹒I_s–I_d/η

P_c—微电脑输出的LED光源的发光功率，单位：W(瓦)。r—转盘半径，单位：m。I_s—海藻的最适生长的光照强度，单位：lux。I_d—海藻生长环境中的实际光照强度，单位：lux。η—LED光源的光效。

图中，设备还可以包括支架6，所述主轴1安装在支架6上。

下面将上述设备用于养殖羊栖菜。10月上旬进入羊栖菜养殖期，将本发明设备固定于风浪小，潮流畅通，水质肥沃，海水透明度在1～3m的羊栖菜养殖海域。根据羊栖菜幼苗的大小和生长所需空间，转盘上的钢丝的间隔为每36°设置一条钢丝。将红光LED光源和蓝光LED光源固定于钢丝上。将羊栖菜幼苗夹到苗绳上，绳长50cm，每绳夹苗20～30株，将夹有羊栖菜幼苗的苗绳的两端固定在钢丝两端。根据羊栖菜养殖海域的海水流速，确定羊栖菜养殖需要的转速，进而设置养殖设备的驱动电机的输出功率；根据海藻生长环境中的实际光照强度，通过微电脑设置红光LED光源和蓝光LED光源的发光强度和光暗周期。表1是在不同的设置条件下，羊栖菜的特定生长率(SRG)对比。

表1不同的设置条件下，羊栖菜的特定生长率(SRG)对比

进行光合作用时，主要吸收太阳光中的红光和蓝光，其分别是叶绿素和胡萝卜素主要的吸收峰，因此在本发明养殖设备的钢丝上增加红、蓝LED光源，有效地弥补了光照不足时羊栖菜的生长及物质积累的问题。由于羊栖菜在吸收营养物质、进行光合作用的时候，需要充足的溶解氧，因此本发明养殖设备通过转盘的转动，既提高了海水中CO₂-O₂的水气交换率，增加了海水中溶解氧的含量；同时也促进了下层海水与上层海水的营养物质交换，很好地促进羊栖菜对水中营养物质的吸收利用。

Claims

1.一种高效海藻养殖设备，其特征在于，所述海藻养殖设备主要包括主轴(1)、太阳能光板(2)、驱动电机(3)、转盘(4)、钢丝(5)和海藻挂养苗绳，所述主轴(1)竖直设置；所述太阳能光板(2)固定在主轴(1)的顶部，所述驱动电机(3)的输出轴与主轴(1)相连，驱动电机(3)驱动主轴(1)沿轴线转动，太阳能光板(2)给驱动电机(3)供电；所述转盘(4)通过钢丝(5)固定在主轴(1)上，所述海藻挂养苗绳的两端固定在钢丝(5)上。

2.根据权利要求1所述的高效海藻养殖设备，其特征在于，所述设备还包括微电脑，微电脑与驱动电机(3)相连；微电脑通过无线网络接收环境信息，并根据环境信息控制驱动电机(3)的输出功率，进而控制转盘的转速；所述环境信息指海水流速，驱动电机的输出功率为：

P＝m﹒g﹒(v_s–v_d)/9550

P—电机输出功率，单位：W(瓦)。

m—挂在转盘上的海藻质量，单位：kg。

g—重力加速度，单位：9.81m/s²。

v_s—海藻的最适生长的海水流速，单位：m/s。

v_d—海水的实际流速,单位：m/s。

n＝(v_s–v_d)/r

n—转盘转速，单位：rad/s

v_s—海藻的最适生长的海水流速，单位：m/s。

v_d—海水的实际流速,单位：m/s。

r—转盘的半径，单位：m。

3.根据权利要求2所述的高效海藻养殖设备，其特征在于，所述设备还包括布置在钢丝(5)上的红光LED光源和蓝光LED光源；红光LED光源的波长范围是630nm～720nm，蓝光LED光源的波长范围是410nm～480nm。

4.根据权利要求3所述的高效海藻养殖设备，其特征在于，所述红光LED光源和蓝光LED光源均与微电脑相连，微电脑根据环境信息控制红光LED光源和蓝光LED光源的发光强度和光暗周期，所述环境信息包括海藻生长环境中的实际光照强度，具体为：

P_c＝π﹒r²﹒(I_s–I_d)/η

P_c—微电脑输出的LED光源的发光功率，单位：W(瓦)。

r—转盘半径，单位：m。

I_s—海藻的最适生长的光照强度，单位：lux。

I_d—海藻生长环境中的实际光照强度，单位：lux。

η—LED光源的光效。

5.一种权利要求1-4任一项所述的基于环境因子调控的新型高效海藻养殖设备，其特征在于，所述设备还包括支架(6)，所述主轴(1)安装在支架(6)上。