CN112488537A - 一种基于数学模型的江蓠栽培动态管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于数学模型的江蓠栽培动态管理方法，包括以下步骤：数据采集，分别采集以获取日照长度L、NH3‑N浓度C1、NO3‑N浓度C2、PO4‑P浓度C3、无机碳总浓度C4、海水盐度均值S、海水pH均值X；构建模型，获取管理响应值Y，Y＝‑60.334+4.873*C1+27.12*C2‑944.539*C3+82.473*C4+0.741*S+5.928*X‑6.196*L；其中，C1、C2以及C3的单位为mg/L；C4的单位为mM/L；L的单位为小时；建立管理响应值Y与江蓠栽培相关参数之间的对应关系，江蓠栽培相关参数包括挂养水层、苗绳间距和单绳藻量，管理响应值Y与挂养水层、苗绳间距和单绳藻量之间满足以下关系：当0≤Y≤100时，挂养水层为0～1.5m，苗绳间距为0.5～1.5m，单绳藻量为5～15kg；当Y＞100时，挂养水层为1.5～2m，苗绳间距为1.5～2m，单绳藻量为2～5kg。可实现江蓠栽培的量化管理，提高栽培的稳定性和产量。
Description
技术领域
本发明涉及水产养殖、海藻栽培学技术领域，特别涉及一种基于数学模型的江蓠栽培动态管理方法。
背景技术
江蓠是近海水域重要的生产者，也是我国近海养殖的重要组成部分，产业规模涉及辽宁、河北、山东、江苏、上海、浙江、福建、广东等重要沿海省市。江蓠(Gracilaria)是我国第二大栽培海藻，具有重要的经济价值、食用价值、药用价值和生态价值，也是近岸生态系统中有效的蓝色碳汇之一。统计数据表明(《2020中国渔业统计年鉴》)：2019年全国江蓠栽培产量348，085(干重)、栽培面积9388公顷，仅次于海带栽培产业。规模化的栽培和逐渐增长的趋势对江蓠栽培管理提出了更高的要求。
传统的栽培管理和南北异地栽培时间节点的把控，多采用较为粗放的经验判断，人为主观因素大，判断失准、失实和失误现象常有发生。受制于传统经验化的管理方式，近年来江蓠栽培的产业问题不断出现，如“脱苗”、“白斑”、“爆头”等，带来了巨大损失，严重影响了产业的持续健康发展。传统栽培管理方法带来的系列问题和无序发展的现状亟待改变。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能解析环境因子与藻体生长之间复杂动态关系、科学指导江蓠栽培的基于数学模型的江蓠栽培动态管理方法。
为此，本发明提供了一种基于数学模型的江蓠栽培动态管理方法，包括以下步骤：
S01.数据采集
在江蓠栽培的自然海域，利用温光仪每隔一段时间测定海水的温度，获取每天的日照长度L；利用分光光度计分别测定NH3-N浓度C1、NO3-N浓度C2、PO4-P浓度C3和无机碳总浓度C4；利用折光仪多次测定海水盐度，并取平均值S；利用pH计多次测定海水pH值，并取平均值X；
S02.构建模型，获取管理响应值Y
Y＝-60.334+4.873*C1+27.12*C2-944.539*C3+82.473*C4+0.741*S+5.928*X-6.196*L；
其中，C1、C2以及C3的单位为mg/L；C4的单位为mM/L；L的单位为小时；
S03.建立管理响应值Y与江蓠栽培相关参数之间的对应关系
江蓠栽培相关参数包括挂养水层、苗绳间距和单绳藻量，管理响应值Y与挂养水层、苗绳间距和单绳藻量之间满足以下关系：
当0≤Y≤100时，挂养水层为0～1.5m，苗绳间距为0.5～1.5m，单绳藻量为5～15kg；
当Y＞100时，挂养水层为1.5～2m，苗绳间距为1.5～2m，单绳藻量为2～5kg。
上述技术方案中，优选的，其中，在S01中，NH3-N浓度C1为0.08～0.8mg/L，NO3-N浓度C2为0.09～0.22mg/L，PO4-P浓度C3为0.001～0.045mg/L，无机碳总浓度C4为1.56～2.2mM/L，海水盐度的平均值S为28～35，海水pH值的平均值X为7.97～8.23，日照长度L为10～14.61小时。
上述技术方案中，优选的，其中，在步骤S03中，当0≤Y≤40时，挂养水层为0～0.5m，苗绳间距为0.5～1m，单绳藻量为10～15kg。
上述技术方案中，优选的，其中，在步骤S03中，当40＜Y≤60时，挂养水层为1m，苗绳间距为1m，单绳藻量为7.5～10kg。
上述技术方案中，优选的，其中，在步骤S03中，当60＜Y≤80时，挂养水层为0.5～1.5m，苗绳间距为1m，单绳藻量为5～7.5kg。
上述技术方案中，优选的，其中，在步骤S03中，当80＜Y≤100时，挂养水层为0.5～1.5m，苗绳间距为1.5m，单绳藻量为5～7.5kg。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1.通过对栽培海域常规环境因子(温度、光照、光周期、盐度、pH、营养盐等)进行监测和江蓠生长持续测定，拟合江蓠栽培管理和环境因子之间关系的数学模型，获得相应参数，根据栽培管理响应值大小，配套具体动态管理方法，如水层调节、密度控制(单绳间距和单绳藻量)和施肥等，从而实现江蓠栽培的量化管理，降低对人为经验的要求，提高栽培的稳定性和产量。
2.操作简单、高效易行，可摆脱传统管理过程中人为主观因素大，判断失准、失实和失误等不足，有效提高江蓠栽培亩产，实现对规模化和集约化江蓠栽培的科学管理。
3.相对于传统经验式管理，亩产可提高10％以上。
具体实施方式
容易理解的是，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
在陆生高等作物现代化作业管理中，基于模型数字化的技术日渐成熟、日臻完善，可有效用于预测作物产量和作物田间生产管理。管理期间所用的模型能关联和量化作物生长、亩产与周边主要环境因子之间的关系，通过数据解析作物生长中出现的问题，从而科学指导作业或管理。
自然环境下，江蓠栽培涉及筏式栽培技术、水平或垂直挂样技术和分段夹苗技术等，期间常规管理以水层调节、密度调控、收获管理、防虫防灾为核心，多涉及藻体生长状态与周边环境因子(如温度、光照、光周期、盐度、pH、营养盐等)间的复杂关系，对其关系的解析和量化(数字化)有利于科学指导江蓠的栽培管理。
因此，本发明提出一种简单、高效、易操作的基于数学模型的动态管理方法，用于科学指导江蓠栽培的管理，助推海藻产业的健康发展。
一种基于数学模型的江蓠栽培动态管理方法，包括以下步骤：
S01.数据采集
在江蓠栽培的自然海域，利用温光仪每隔一段时间测定海水的温度，获取每天的日照长度L；利用分光光度计分别测定NH3-N浓度C1、NO3-N浓度C2、PO4-P浓度C3和无机碳总浓度C4；利用折光仪多次测定海水盐度，并取平均值S；利用pH计多次测定海水pH值，并取平均值X；其中，NH3-N浓度C1为0.08～0.8mg/L，NO3-N浓度C2为0.09～0.22mg/L，PO4-P浓度C3为0.001～0.045mg/L，无机碳总浓度C4为1.56～2.2mM/L，海水盐度的平均值S为28～35，海水pH值的平均值X为7.97～8.23，日照长度L为10～14.61小时。具体如下：
(1)温度和日照长度测定：
利用HOBO温光仪(Onset UA-002-64，USA)每30min采集一次温度数据，数据导出后分析温度范围和每天的日照长度(L值)。
(2)营养盐测定：
在江蓠栽培的自然海域，采集3次水样，经0.45μm和0.22μm滤膜过滤后，利用YSI便携式分光光度计(YSI 9500，USA)NH3-N浓度C1、测定NO3-N浓度C2、PO4-P浓度C3和Ci(主要为CO2和
)浓度C4，具体测定流程参考现有技术中公开的“Palintest TestInstructions”(YSI，USA)，在此不做赘述，记录浓度范围并取平均值，获取C1、C2、C3、C4数据。
(3)海水盐度测定：
海水相对盐度测定采用手持式折光仪(速为LS10T，中国)测定，重复3次，记录数值并取平均值(S值)。
(4)海水pH值测定：
海水pH测定采用实验室pH计(STARTER3100，OHAUS，China)，重复3次，记录数值并取平均值(X值)。
S02.构建模型，获取管理响应值Y
江蓠的栽培管理一般须要根据藻体实际生长状况作出调整，而藻体生长受海域多重环境因素的影响，如温度、光照、光周期、盐度、pH、营养盐、海水浊度等。根据长期积累数据和实验室模拟验证数据，分析提取长期对藻体生长具有显著性影响且易于量化、波动相对稳定的数据，并根据相关参数构建数学模型，如下：
Y＝-60.334+4.873*C1+27.12*C2-944.539*C3+82.473*C4+0.741*S+5.928*X-6.196*L；将上述S01测定的C1、C2、C3、C4、S、X和L数值代入S02中建立的数学模型中，运算得到管理响应值Y管理值，其中，C1、C2以及C3的单位为mg/L；C4的单位为mM/L；L的单位为小时。该模型是建立在江蓠近海养殖自然海域数据基础上，江蓠栽培的海水温度范围为10～30℃。
S03.建立管理响应值Y与江蓠栽培相关参数之间的对应关系
江蓠栽培相关参数包括挂养水层、苗绳间距和单绳藻量，根据Y管理值的大小，参考下表1中对应的响应管理方法和具体调整参数，定量的调整自然海域江蓠栽培的挂养水层、养殖密度(苗绳间距和单绳藻量)，并对是否予以挂袋施肥、分苗或收获予以判断。管理响应值Y与挂养水层、苗绳间距和单绳藻量之间满足以下关系：
当0≤Y≤100时，挂养水层为0～1.5m，苗绳间距为0.5～1.5m，单绳藻量为5～15kg；当Y＞100时，挂养水层为1.5～2m，苗绳间距为1.5～2m，单绳藻量为2～5kg。其中，当0≤Y≤40时，挂养水层为0～0.5m，苗绳间距为0.5～1m，单绳藻量为10～15kg。当40＜Y≤60时，挂养水层为1m，苗绳间距为1m，单绳藻量为7.5～10kg。当60＜Y≤80时，挂养水层为0.5～1.5m，苗绳间距为1m，单绳藻量为5～7.5kg。当80＜Y≤100时，挂养水层为0.5～1.5m，苗绳间距为1.5m，单绳藻量为5～7.5kg。
表1为不同Y管理值范围下响应管理方法对照表
备注：筏架间距为5m，单根苗绳长度5m。
相对于传统经验式管理，本方法指导的江蓠栽培管理，亩产可提高10％以上。
以下将结合实施例1和实施例2具体说明本发明的方法步骤。
实施例1
将采集于福建海域的江蓠数据作为建模数据来源，进行氮磷营养盐、无机碳、盐度、pH、日照长度(含温度)的测定，得到C1、C2、C3、C4、S、X和L参数的数值。
第1批次分别为0.288、0.093、0.002、1.835、32、8.23和12.7，Y＝-60.334+4.873*0.288+27.12*0.093-944.539*0.002+82.473*1.835+0.741*32+5.928*8.23-6.196*12.7，计算Y管理响应值为86.85，根据Y值响应管理方法对照表，将调整江蓠挂养水层为0.5～1.5m，苗绳间距1.5m，单绳产量控制在5.0～7.5kg，适当采用挂袋方式施加磷肥。
第2批次分别为0.082、0.110、0.033、1.893、31、8.11和12.8，Y＝-60.334+4.873*0.082+27.12*0.110-944.539*0.033+82.473*1.893+0.741*31+5.928*8.11-6.196*12.8，计算Y管理响应值为59.75，根据Y值响应管理方法对照表，将调整江蓠挂养水层为1.0m，苗绳间距1.0m，单绳产量控制在7.5～10kg。
第3批次分别为0.412、0.121、0.027、1.755、30、8.11和12.7，Y＝-60.334+4.873*0.412+27.12*0.121-944.539*0.027+82.473*1.755+0.741*30+5.928*8.11-6.196*12.7，计算Y管理响应值为56.13，根据Y值响应管理方法对照表，将调整江蓠挂养水层为1.0m，苗绳间距1.0m，单绳产量控制在7.5～10kg。
相对传统经验式管理，整个栽培季节亩产提高12.6％。
实施例2
将采集于山东胶东半岛海域的江蓠数据作为建模数据来源，进行氮磷营养盐、无机碳、盐度、pH、日照长度(含温度)的测定，得到C1、C2、C3、C4、S、X和L参数的数值。
第1批次分别为0.568、0.108、0.016、1.646、29、8.07和14，Y＝-60.334+4.873*0.568+27.12*0.108-944.539*0.016+82.473*1.646+0.741*29+5.928*8.07-6.196*14，计算Y管理响应值为48.28，根据Y值响应管理方法对照表，将调整江蓠挂养水层为1.0m，苗绳间距为1.0m，单绳产量控制在7.5～10kg。
第2批次分别为0.628、0.118、0.022、1.646、29、8.07和14，Y＝-60.334+4.873*0.628+27.12*0.118-944.539*0.022+82.473*1.646+0.741*29+5.928*8.07-6.196*14，计算Y管理响应值为43.17，根据Y值响应管理方法对照表，将调整江蓠挂养水层为1.0m，苗绳间距1.0m，单绳产量控制在7.5～10kg。
第3批次分别为0.499、0.114、0.020、1.564、30、8.08和14.2，Y＝-60.334+4.873*0.499+27.12*0.114-944.539*0.020+82.473*1.564+0.741*30+5.928*8.08-6.196*14.2，计算Y管理响应值为37.43，根据Y值响应管理方法对照表，将调整江蓠挂养水层为0～0.5m，苗绳间距0.5～1m，单绳产量控制在10～15kg。
相对传统经验式管理，整个栽培季节亩产提高14.5％。
本申请的技术范围不仅仅局限于上述说明书中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本申请技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本申请的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于数学模型的江蓠栽培动态管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01.数据采集
在江蓠栽培的自然海域，利用温光仪每隔一段时间测定海水的温度，获取每天的日照长度L；利用分光光度计分别测定NH3-N浓度C1、NO3-N浓度C2、PO4-P浓度C3和无机碳总浓度C4；利用折光仪多次测定海水盐度，并取平均值S；利用pH计多次测定海水pH值，并取平均值X；
S02.构建模型，获取管理响应值Y
Y＝-60.334+4.873*C1+27.12*C2-944.539*C3+82.473*C4+0.741*S+5.928*X-6.196*L；
其中，C1、C2以及C3的单位为mg/L；C4的单位为mM/L；L的单位为小时；
S03.建立管理响应值Y与江蓠栽培相关参数之间的对应关系
江蓠栽培相关参数包括挂养水层、苗绳间距和单绳藻量，管理响应值Y与挂养水层、苗绳间距和单绳藻量之间满足以下关系：
当0≤Y≤100时，挂养水层为0～1.5m，苗绳间距为0.5～1.5m，单绳藻量为5～15kg；当Y＞100时，挂养水层为1.5～2m，苗绳间距为1.5～2m，单绳藻量为2～5kg。
2.根据权利要求1所述的基于数学模型的江蓠栽培动态管理方法，其特征在于：其中，在S01中，NH3-N浓度C1为0.08～0.8mg/L，NO3-N浓度C2为0.09～0.22mg/L，PO4-P浓度C3为0.001～0.045mg/L，无机碳总浓度C4为1.56～2.2mM/L，海水盐度的平均值S为28～35，海水pH值的平均值X为7.97～8.23，日照长度L为10～14.61小时。
3.根据权利要求1所述的基于数学模型的江蓠栽培动态管理方法，其特征在于：其中，在步骤S03中，当0≤Y≤40时，挂养水层为0～0.5m，苗绳间距为0.5～1m，单绳藻量为10～15kg。
4.根据权利要求1所述的基于数学模型的江蓠栽培动态管理方法，其特征在于：其中，在步骤S03中，当40＜Y≤60时，挂养水层为1m，苗绳间距为1m，单绳藻量为7.5～10kg。
5.根据权利要求1所述的基于数学模型的江蓠栽培动态管理方法，其特征在于：其中，在步骤S03中，当60＜Y≤80时，挂养水层为0.5～1.5m，苗绳间距为1m，单绳藻量为5～7.5kg。
6.根据权利要求1所述的基于数学模型的江蓠栽培动态管理方法，其特征在于：其中，在步骤S03中，当80＜Y≤100时，挂养水层为0.5～1.5m，苗绳间距为1.5m，单绳藻量为5～7.5kg。
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Citations (3)
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| CN104488690A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-04-08 | 中国科学院海洋研究所 | 一种江蓠属海藻藻床修复方法 |
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-
2020
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张敬宇;周伟;郭鹏;隋正红;: "环境因素对胶州湾栽培龙须菜的影响及生长预测模型构建", 中国海洋大学学报(自然科学版), no. 08 * |
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