CN114097677A - 一种河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水产养殖与安全风险评价技术领域，公开了一种河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统，河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统包括河蟹养殖子系统、水质监测子系统、自动调控子系统以及全周期管理子系统。本发明具体涉及一种兼顾渔业价值、科研价值以及观赏价值的养殖装置，用于河蟹的安全养殖、养殖过程的风险评价。本发明提出一种多功能、数据化、自动化的河蟹养殖与风险防控的微宇宙系统，可实现河蟹养殖条件可控、管理效能强化，进而达到河蟹高产高效养殖的目标。本发明通过单元化、精细化的养殖，能控制养殖密度、确定河蟹状态，从而实现养殖过程中饲料和药剂的定点、精准投放；通过实时监测、自动调控水质，提高河蟹产品质量及产量。

Description

一种河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统
技术领域
本发明属于水产养殖与安全风险评价技术领域，尤其涉及一种河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统。
背景技术
目前，河蟹是我国最重要的淡水蟹类，其肉质细嫩，味道鲜美，营养极为丰富，深受消费者喜爱。由于河蟹适应性较强，养殖范围广，随着人们生活水平的不断提高，河蟹的年生产量和消费量逐年增加，已成为我国淡水渔业的优质经济品种。然而，我国淡水资源贫乏，并且需要优先保障人畜饮水和农业用水，河蟹养殖业受到水资源用量的制约。此外，传统的河蟹养殖模式较为粗放，未充分考虑水体承载能力，通常采用高密度、高投喂、高残留的养殖管理方式，这导致河蟹养殖区水环境污染的压力日益增加。因此，河蟹养殖的增产、增收面临难题。
目前，河蟹养殖的主要方式包括池塘养蟹、大水面养蟹、吊笼养蟹、稻田养蟹和草荡养蟹等。养殖过程中，养殖户根据经验认识进行河蟹投放、饲养和病害防治，对从业者的技术要求较高。河蟹养殖周期一般较长，由于传统的养殖方式对养殖密度、河蟹状态、饲料及药剂的投加量等缺乏准确把握，容易导致高浪费、高污染、河蟹低品质的养殖状况。事实上，除了河蟹养殖区水环境污染压力日益增加外，分析发现河蟹体内残存不同程度的药物甚至危害物。这些危害物不但会对河蟹的正常生长、发育和品质造成负面影响，还能通过食物链传递给消费者，威胁消费者的身体健康。因此，河蟹的高效、绿色、安全养殖不容忽视，创新河蟹养殖模式和科学评估河蟹养殖过程中危害物的潜在风险具有重要意义。通过上述分析，传统河蟹养殖模式存在的问题及缺陷可归纳为：
(1)就水质管理而言，通常依赖养殖户的经验认识。水体中的成分复杂，水质变化是一个复杂的过程，涉及的水质指标包括水温、酸碱性、溶解氧含量、NH4 +-N水平等，凭直觉经验无法满足精细管理的要求。
(2)对底泥状况缺乏监测。底泥是河蟹栖息的主要场所，但传统河蟹养殖模式除投加底质改良剂之外，对底泥的污染状况并不了解，极少有应对底泥污染的有效举措。
(3)河蟹养殖密度不确定。在上一茬河蟹养殖结束后未采取彻底清塘措施，导致实际密度高于投放密度。此外，养殖过程中可能出现河蟹聚集等情况，导致河蟹密度空间分布不均。
(4)养殖过程中存在大量饲料浪费。在河蟹养殖过程中，养殖户缺乏对河蟹空间分布、健康状况等方面的了解，为保证河蟹吃足、吃匀、吃好，通常采用全池遍撒方式，既造成饵料浪费，剩余饵料也能导致水质恶化。
(5)河蟹养殖过程中投喂多种药剂。为提高河蟹产量，预防、控制和治疗河蟹的病虫害，养殖户通常会投加过量的药剂，包括水体消毒剂、抗菌剂、寄生虫驱杀剂、生物制剂、水质改良剂及中草药等。这些药剂可能在河蟹体内残留和蓄积，成为河蟹养殖的安全隐患。
(6)缺乏对养殖水体承载能力的认识，容易造成生态环境破坏。河蟹养殖过程中由于缺乏有效管理，盲目扩大养殖规模而造成养殖密度过高，远远超过养殖水体的承受能力，加剧水质恶化。又由于过量饲料投喂产生的残渣碎屑、河蟹排泄物、滥用药剂的残留等，造成水体物质流和能量流循环受阻或紊乱，导致水体污染。当氮、磷等营养盐积累过剩，传统河蟹养殖模式还可能引起水体富营养化，造成严重的生态环境破坏。
(7)河蟹养殖的风险不能及时防控。正由于以上的一些问题或缺陷，导致对河蟹养殖过程的风险反馈不及时，包括对水质恶化不能及时有效遏制、对河蟹发病不能及时准确诊断并对症下药等。
综上所述，亟需设计一种新的河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统，以弥补传统河蟹养殖模式存在的技术缺陷。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)传统的河蟹养殖模式较为粗放，未充分考虑水体承载能力，高密度、高投喂、高残留的养殖管理方式导致河蟹养殖区水环境污染的压力日益增加。
(2)传统的河蟹养殖模式的水质管理通常依赖养殖户的经验认识，但水体中的成分复杂，凭直觉经验无法满足精细管理的要求。
(3)传统的河蟹养殖模式中，对底泥状况缺乏监测，河蟹养殖密度不确定，养殖过程中存在大量饲料浪费，河蟹养殖过程中投喂多种药剂，缺乏对养殖水体承载能力的认识，河蟹养殖的风险不能及时防控。
解决以上问题及缺陷的难度为：为了转变长期以来粗放的养殖管理模式，加强养殖模式创新，实现河蟹的高效、绿色和安全养殖，需要重点关注养殖环境。首先，需要实现对养殖环境水质的实时监测和准确定量，而传统的河蟹养殖模式涉及的体系复杂、变量众多、环境监测难度较大；其次，需要对河蟹模式进行全面规划，配制相应的基础设施，保证对养殖环境的有效调控；再次，需要兼顾养殖废水的净化与回用，实现生态环境有效保护和生态优化的目标；最后，应尽早发现规模化养殖中的风险，及早规避损失。
解决以上问题及缺陷的意义为：如果能圆满解决以上问题和缺陷，将有助于有效掌握养殖过程中的水质变化，保证养殖安全；减少养殖过程中的饲料损失和药剂使用，减轻养殖污染；提高养殖过程的风险防控，实现河蟹高产高效养殖。
发明内容
针对传统河蟹养殖模式存在的问题，本发明提供了一种河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统。
本发明是这样实现的，一种河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统，包括河蟹养殖子系统、水质监测子系统、自动调控子系统以及全周期管理子系统。
其中，所述河蟹养殖子系统，用于提供河蟹养殖的微型生态系统，兼具渔业养殖功能、科学分析功能和娱乐观赏功能；
所述水质监测子系统，集成在所述河蟹养殖子系统中，用于对所述河蟹养殖子系统的水质进行实时、定量监测；
所述自动调控子系统，集成在所述河蟹养殖子系统中，用于对所述河蟹养殖子系统的运行参数进行精准调控；
所述全周期管理子系统，作为智能中枢，用于联接所述水质监测子系统和所述自动调控子系统，同时面向所述河蟹养殖子系统运行的全生命周期，提供多功能、数据化、自动化的河蟹养殖强化管理方案。
进一步，所述河蟹养殖子系统，包括：
(1)渔业养殖功能，利用该子系统实现河蟹的单元化、精细化养殖，每个单元的河蟹容纳数量根据装置的形状、大小和容量而定，原则上每平方米河蟹投放量不超过3只；
(2)科学分析功能，利用该子系统进行相关科学分析，水质透明度在40厘米以上，可观察或分析分析养殖过程中河蟹的个体行为、药剂/饲料投喂效率及养殖子系统的环境变化过程、毒理学评价，应用透明材料的效果或更佳；
(3)娱乐观赏功能，该子系统中布设多种类型的水草等生产者，移植螺蛳在内的初级消费者，河蟹作为高级消费者，底泥中的微生物作为分解者，该系统是一个完整的微型生态系统；同时，在养殖水面布设浮床，形成多层次微生态景观，应用透明材料构建的效果或更佳。
进一步，所述河蟹养殖子系统，还包括：
养殖子系统为敞口装置，形状为长方体、立方体、圆柱体、圆台及相关变体中的任意一种，大小视实际需求合理设定；
装置建造材料为玻璃、有机玻璃、水泥或PVC中的任意一种；
装置底部严格密封，并平坦地覆盖一层泥沙，泥沙厚5～10厘米；
泥沙或取自实际环境，或由泥、土、沙、石按比例配制；
装置标记三维刻度，选择装置底面中心为原点，构建三维坐标系，水平方向为x轴，竖直方向为z轴，垂直x/z轴方向为y轴；
往装置中注入清水，水质要求符合《无公害食品淡水养殖产地环境条件》即NY5361-2016标准，水深、水量视装置的形状及大小合理设定；
距装置底部泥沙表面5～10厘米处，设置排水口；
通过绕装置一周在同一水平面均匀设置多个排水口；
排水管直径为160毫米，或视装置实际大小合理设置；
排水管材料为金属、塑复金属或塑料管中的任意一种；
装置中按株行距均匀栽种水草，水草覆盖面积占30～60％；水草为沉水植物和挺水植物搭配，类型包括伊乐藻、苦草、轮叶黑藻、金鱼藻和芦苇、香蒲、茭白、慈姑；
微宇宙中移植螺蛳、贝壳、小鱼和小虾生物，作为辅助性肉类饵料；
装置中在水面布设浮床，浮床面积占水面10～20％；
装置中的浮床上栽种植株，所述植物为空心菜、雍菜、水芹、豆瓣菜、大蒜、茼蒿，覆盖面积占水面5～10％；
装置中设置斜梯或折梯连接浮床和底部；
装置底部中心，在高于底泥表面3～5厘米处固定安装增氧设备；
微宇宙系统配备电动潜水泵1台，用于完成对系统补水，潜水泵功率大小根据装置容量合理选择。
进一步，所述水质监测子系统，用于对养殖子系统中的水质进行实时、定量测量，包括水位、水温、pH值、溶解氧含量以及NH4 +-N，其他水质指标的监测根据实际情况增设；所述监测子系统还用于及时记录、存储监测数据，以备后续调用和分析使用。
进一步，所述水质监测子系统，是一套集成多个水质指标实时监测模块的子系统，包括多个监测模块和数据存储、传输模块；
所述水质监测子系统中的水位监测模块运行时，用于通过水位计部件实现养殖子系统内水位的实时测量和记录，水量的实时计算和记录；
所述水质监测子系统中的水温监测模块运行时，用于通过温度计部件实现养殖子系统内水温的实时测定和记录；
所述水质监测子系统中的酸碱度监测模块运行时，用于通过pH计部件实现养殖子系统内酸碱度pH值的实时测定和记录；
所述水质监测子系统中的溶解氧含量监测模块运行时，用于通过DO仪部件实现养殖子系统内溶解氧DO含量的实时测定和记录；
所述水质监测子系统中的氨氮含量监测模块运行时，用于通过分光光度计部件实现养殖子系统内氨氮NH4 +-N浓度的实时测定和记录；
所述水质监测子系统中的数据存储模块运行时，用于读取各监测模块的记录数据并集中存储在硬盘或指定存储设备中；
所述水质监测子系统中的监测模块可按需求增设，从而对更多水质指标进行定量监测。
进一步，所述自动调控子系统，用于对养殖子系统的运行参数进行自动调控，包括水位、水温、pH值、溶解氧含量以及NH4 +-N，其他调控参数根据实际情况增设。
进一步，所述自动调控子系统是一套可自动调控养殖子系统运行参数的计算机子系统，包括多个状态调控模块；
所述自动调控子系统中的温度调控模块运行时，用于对养殖子系统中的水体进行加热或制冷；
所述自动调控子系统中的酸碱度调控模块运行时，用于启动投药泵，通过加药剂实时调节养殖子系统水体的pH值；
所述自动调控子系统中的溶解氧调控模块运行时，用于控制养殖子系统内增氧设备的运行，通过曝气将养殖子系统内DO提高至设定值；
所述自动调控子系统中的水位调控模块运行时，用于控制潜水泵对养殖子系统进行补水，或控制排水口阀门进行排水；
所述自动调控子系统中的循环净化模块运行时，用于启动循环泵，将养殖子系统中的水导入旁路净化装置，达到净化水质的目的；
所述自动调控子系统中的氨氮含量监测模块，对养殖子系统内氨氮NH4 +-N浓度进行实时调节。
所述自动调控子系统中的调控模块可按需求增设，从而对更多运行参数进行自动调控。
进一步，所述全周期管理子系统，集成多种功能模块，是智能中枢，是加强河蟹养殖模型创新的核心，用于联接水质监测子系统和自动调控子系统，对养殖子系统运行的全生命周期状态进行即时数据化分析及自动化调控。
进一步，所述全周期管理子系统是一套集成多个功能模块的计算机子系统；
所述全周期管理子系统中的分析模块运行时，用于读取水质监测系统中数据存储模块的数据，进行数据分析与存储，判断调控需求；
所述全周期管理子系统中的更新与调控反馈模块运行时，用于调用自动调控系统中的相应模块，对养殖子系统进行运行参数调控或定期净化、循环利用；
所述全周期管理子系统中的循环净化模块运行时，用于对养殖子系统中的水体进行循环与净化处理，达到回用标准；
所述全周期管理子系统中的组合模块运行时，用于集合多个子系统，实现规模化、集约化养殖管理；通过多个养殖子系统的并联，对实现对自动调控模块中组件的整合应用；
所述全周期管理子系统中包含河蟹管理模块，用于记录、分析和存储养殖子系统中河蟹的编号、生长状况及观察日志；
所述全周期管理子系统中包含风险评价模块，用于输入、分析和存储科学分析数据，为系统升级提供支撑和指导。一方面，根据分析模块分析结果，针对水质安全限值：1)水温为19℃～28℃，2)pH值为7.5～8.5，3)溶解氧含量为≥5mg/l，4)NH4+-N≤0.1mg/L进行养殖风险评价。另一方面，作为科学分析平台，提供分析数据。可根据科学分析结果增设水质安全限值；
针对各水质指标分析结果AR，超过最高限值HL或低于最低限值LL视为存在风险，所述风险评价模块的具体风险分级及应对措施为：HL<AR≤105％HL或95％LL≤AR<LL，存在低风险，自动运行更新与调控反馈模块；105％HL<AR≤125％HL或75％LL≤AR<95％LL，存在中风险，加快运行更新与调控反馈模块，并发出警报；AR>125％HL或AR<75％LL，存在高风险，自动运行应急处理模块；
所述全周期管理子系统中包含应急处理模块，当微宇宙系统发生急性污染，用于及时发出警报、捕捞河蟹。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统，具体涉及一种兼顾渔业价值、科研价值以及观赏价值的养殖装置，用于河蟹的安全养殖、养殖过程的风险评价。本发明提出一种多功能、数据化、自动化的河蟹养殖与风险防控的微宇宙系统，可实现河蟹养殖条件可控、管理效能强化，进而达到河蟹高产高效养殖的目标。
本发明构建了一种人工布局、生态优化的养殖装置，不仅能够提供满足河蟹安全养殖的水体-生物-底泥层次化微型生态环境，而且所选水生植物、动物不仅能够作为辅助性饵料，还能起到净化水体的作用；
本发明构建了一种数据化、精细化、单元化的养殖系统，通过实时监测、自动调控水质，能有力保障绿色养殖，减轻养殖的水质水量压力；能控制养殖密度、确定河蟹状态，从而实现养殖过程中饲料和药剂的定点、精准投放；通过对养殖全过程的强化管理，能有效降低养殖过程中可能的风险，提高河蟹产品质量及产量。
为了保证对养殖水体水质状况的准确把握，作为优选，所述河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统对养殖装置内水位、水量、水温、pH值、溶解氧含量、NH4 +-N浓度等指标进行实时定量；作为进一步优选，所述河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统对养殖运行参数进行自动调控，有效避免传统养殖模式中的人工疏忽。
为了实现河蟹绿色生态养殖，作为优选，所述河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统通过建立微生态系统确定养殖密度、提高饲料利用率、减少药物投放；作为进一步优选，自动化更新养殖水体，保证水体承载能力，同时增设尾水净化处理，实现尾水零排放或达标后排放。
本发明提供的河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统能对养殖过程的风险及时反馈、及时止损，不仅具有科学分析价值，也兼具经济价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统示意图。
图中：1、河蟹养殖子系统；1-1、电动潜水泵；1-2、循环净化设备；
2、水质监测子系统；2-1、水位监测模块；2-2、水温监测模块；2-3、酸碱度监测模块；2-4、溶解氧含量监测模块；2-5、氨氮含量监测模块；2-6、数据存储模块；
3、自动调控子系统；3-1、温度调控模块；3-2、酸碱度调控模块；3-3、溶解氧调控模块；3-4、水位调控模块；3-5、氨氮含量监测模块。
4、全周期管理子系统；4-1、运行分析模块；4-2、更新与调控反馈模块；4-3、循环净化模块；4-4、组合模块；4-5、河蟹管理模块；4-6、风险评价模块；4-7、应急处理模块。
图2是本发明实施例提供的河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统原理图。
图3是本发明实施例提供的河蟹养殖微宇宙系统示意图。
图4是本发明实施例提供的河蟹养殖微宇宙系统构建现场图片。
图5是本发明实施例提供的河蟹养殖微宇宙系统用于毒性实验的场景图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统，包括河蟹养殖子系统1、水质监测子系统2、自动调控子系统3以及全周期管理子系统4。
其中，所述河蟹养殖子系统1，用于提供河蟹养殖的微型生态系统，兼具渔业养殖功能、科学分析功能和娱乐观赏功能；
所述水质监测子系统2，集成在所述河蟹养殖子系统中，用于对所述河蟹养殖子系统的水质进行实时、定量监测；
所述自动调控子系统3，集成在所述河蟹养殖子系统中，用于对所述河蟹养殖子系统的运行参数进行精准调控；
所述全周期管理子系统4，作为智能中枢，用于联接所述水质监测子系统和所述自动调控子系统，同时面向所述河蟹养殖子系统运行的全生命周期，提供多功能、数据化、自动化的河蟹养殖强化管理方案。
图2是本发明实施例提供的河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统原理图。
为了使本发明的装置特点、应用场景及优点更加清楚明白，以下结合附图实施例，对本发明作进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅援引作为解释说明，并不用于界定甚至限定本发明应用条件及途径等。根据实际情况，构建河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统时应进行必要调整。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例1
针对传统河蟹养殖模式存在的问题，本发明构建了一种河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统。具体涉及一种兼顾渔业价值、科研价值以及观赏价值的养殖装置，用于河蟹的安全养殖、养殖过程的风险评价。
本发明是这样实现的，本发明提供了一种河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统，具体由四个功能子系统组成，包括：
一个是河蟹养殖子系统1，提供河蟹养殖的微型生态系统；
一个是集成在养殖子系统中的水质监测子系统2，可以对养殖子系统的水质进行实时、定量监测；
一个是集成在养殖子系统中的自动调控子系统3，可以对养殖子系统的运行参数进行精准调控；
一个作为本发明智能中枢的全周期管理子系统4，联接水质监测子系统和自动调控子系统，同时面向养殖子系统运行的全生命周期，提供多功能、数据化、自动化的河蟹养殖强化管理方案。
本发明实施例提供的养殖子系统1具有如下功能：
1)渔业养殖功能，利用该子系统可实现河蟹的单元化、精细化养殖，每个单元可容纳河蟹数量根据装置的形状、大小和容量而定，原则上每平方米河蟹投放量不超过3只；
2)科学分析功能，利用该子系统可进行相关科学分析，水质透明度在40厘米以上，可观察或分析分析养殖过程中河蟹的个体行为、药剂/饲料投喂效率及养殖子系统的环境变化过程、毒理学评价等。应用透明材料的效果或更佳；
3)娱乐观赏功能，该子系统中布设了多种类型的水草等生产者，移植了螺蛳等初级消费者，河蟹作为高级消费者，底泥中的微生物作为分解者，该系统是一个完整的微型生态系统；同时，在养殖水面布设了浮床，形成了多层次微生态景观。应用透明材料构建的效果或更佳。
本发明实施例提供的水质监测子系统能对养殖子系统中的水质进行实时、定量测量，包括水位、水温、pH值、溶解氧含量、NH4 +-N等，其他水质指标的监测可根据实际情况增设；并且，所述监测子系统可及时记录、存储监测数据，以备后续调用和分析使用。
本发明实施例提供的自动调控子系统能对养殖子系统的运行参数进行自动调控，包括水位、水温、pH值、溶解氧含量、NH4 +-N等。其他调控参数可根据实际情况增设。
本发明实施例提供的管理子系统集成了多种功能模块，是本发明的智能中枢，是加强河蟹养殖模型创新的核心。联接水质监测子系统和自动调控子系统，对养殖子系统运行的全生命周期状态进行即时数据化分析及自动化调控。
本发明实施例提供的养殖子系统有如下特点：
养殖子系统为敞口装置，一般为长方体，底面四角成弧形，也可为立方体、圆柱体、圆台等形状或其变体；
养殖装置大小根据应用途径及实际情况合理设定；
养殖装置建造材料选用环保材料，可为玻璃、有机玻璃、水泥、PVC等；
养殖装置底部严格密封，防止漏水；
养殖装置底部均匀、平坦地铺设一层泥沙，泥沙厚度范围可在5～10厘米。为加强娱乐观赏效果，可铺设雨花石、鹅卵石等，覆盖面积不超过10％；
养殖子系统中的泥沙或取自实际环境，或由泥、土、沙、石按比例配制。泥沙或雨花石、鹅卵石等均需经过消毒处理后方可移至微宇宙系统中；
养殖装置标记三维刻度，通常选择装置底面中心为原点，构建三维坐标系，水平方向为x轴，竖直方向为z轴，垂直x/z轴方向为y轴。当装置为长方体时，可选择任一个顶点为原点，以3条边为坐标轴构建三维坐标系。刻度用于定位微宇宙中的三维空间定点(x,y,z)，有助于科学观察描述；
利用输水管从装置开口贴壁缓慢向养殖装置中注入清水，避免造成泥沙扰动。填充的水质要求符合《无公害食品淡水养殖产地环境条件》(NY 5361-2016)标准，水深、水量视装置的具体形状及大小合理设定。填充完毕后静置一段时间，水体透明度大于40厘米。通常水面到装置开口需留有足够距离，防止河蟹逃逸；
距养殖装置底部泥沙表面5～10厘米处，设置排水口。可通过绕装置一周在同一水平面均匀设置多个排水口，提高排水速率；
排水管直径一般为160毫米，也可视装置实际大小合理设置；
排水管材料选用环保材料，可为金属(如铜管、不锈钢管等)，塑复金属(如钢塑复合管、铝塑复合管等)或塑料管(聚丁烯管、三丙聚丙烯管等)；
养殖装置中采用种水草、投螺蛳等构建微生态。按株行距均匀栽种沉水植物和挺水植物，覆盖面积占30％～60％。沉水植物包括伊乐藻、苦草、轮叶黑藻、金鱼藻等，挺水植物可选择芦苇、茭白、慈姑、香蒲等。此外，往装置中移植螺蛳、小鱼等生物，构建微生态的同时，可作为辅助性肉类饵料；
养殖装置中在水面布设浮床，浮床面积占水面10～20％。浮床上栽种植株，如空心菜等，覆盖面积占水面5％～10％。除了可以给底层河蟹遮阳并调控养殖水温，还可以提供给河蟹浅水活动区；
养殖装置中设置斜梯或折梯连接浮床和底部。当水较深时，在距水面20～30厘米处可设置一个转折平台，同时可作为浅水活动区；
养殖装置底部中心，在高于底泥3～5厘米处固定安装增氧设备，如微孔管底部增氧装置等；
养殖子系统1配备电动潜水泵1-1一台，可完成对子系统的补水，潜水泵功率大小根据养殖装置容量合理选择；
养殖子系统配备旁路循环净化设备1-2，用于净化养殖子系统中的水，达到养殖水质要求。
本发明实施例提供的水质监测子系统2是一套集成了多个水质指标实时监测模块的计算机系统，通过执行各模块实现功能：
水位监测模块2-1，对养殖子系统内水位进行实时测量和记录，以及对养殖子系统内水量进行实时计算和记录。该模块应用水位计部件测量水位，根据水位计算水量；
水温监测模块2-2，对养殖子系统内水温进行实时测定和记录。该模块应用温度计部件测量水温；
酸碱度监测模块2-3，对养殖中子系统内酸碱度pH值进行实时测定和记录。该模块应用pH计部件测量pH值；
溶解氧含量监测模块2-4，对养殖子系统内溶解氧DO含量进行实时测定和记录。该模块应用DO仪部件测量DO值；
氨氮含量监测模块2-5，对养殖子系统内氨氮NH4 +-N浓度进行实时测定和记录。该模块应用分光光度计部件测量NH4 +-N浓度；
数据存储模块2-6，将各监测模块的记录数据集中存储在硬盘或指定存储设备中；
可按需求增设监测模块，从而对更多水质指标进行定量监测。
本发明实施例提供的自动调控子系统3是一套可自动调控养殖子系统运行参数的计算机系统，通过执行各模块调整系统运行状态：
温度调控模块3-1，对养殖子系统中的水体进行加热从而调节水温至设定值；
酸碱度调控模块3-2，通过加药剂调节养殖子系统内水体的pH值；
溶解氧调控模块3-3，控制养殖子系统内增氧设备的运行，通过曝气将养殖子系统内DO提高至设定值。该模块应用系统内置的增氧设备；
水位调控模块3-4，控制潜水泵对养殖子系统进行补水，或控制排水口阀门进行排水。该模块应用系统内置的潜水泵和排水口；
氨氮含量监测模块3-5，对养殖子系统内氨氮NH4 +-N浓度进行实时调节。
可按需求增设调控模块，从而对更多运行参数进行自动调控。
本发明实施例提供的全周期管理子系统4是一套集成了多个功能模块的计算机系统，也是本发明的智能中枢，通过运行各模块强化河蟹养殖管理效能：
运行分析模块4-1，读取水质监测子系统中数据存储模块的数据，并进行数据分析与存储，根据分析结果判断调控需求；
更新与调控反馈模块4-2，调用自动调控子系统中的相应模块，对养殖子系统进行运行参数调控或定期换水，直至达到设定标准；
循环净化模块4-3，对养殖子系统中的水体进行循环与净化处理，达到回用标准；
组合模块4-4，可集合多个子系统，实现规模化、集约化养殖管理。通过多个养殖子系统的并联，对实现对自动调控模块中组件的整合应用；
河蟹管理模块4-5，进行养殖子系统中河蟹编号、生长状况及观察日志等的记录、分析和存储，方便河蟹养殖管理；
风险评价模块4-6，可针对科学分析数据进行必要输入、分析和存储，从而为系统升级提供支撑和指导；一方面，根据分析模块分析结果，针对水质安全限值：1)水温为19℃～28℃，2)pH值为7.5～8.5，3)溶解氧含量为≥5mg/l，4)NH4+-N≤0.1mg/L进行养殖风险评价。另一方面，作为科学分析平台，提供分析数据。可根据科学分析结果增设水质安全限值；
针对各水质指标分析结果AR，超过最高限值HL或低于最低限值LL视为存在风险，所述风险评价模块的具体风险分级及应对措施为：HL<AR≤105％HL或95％LL≤AR<LL，存在低风险，自动运行更新与调控反馈模块；105％HL<AR≤125％HL或75％LL≤AR<95％LL，存在中风险，加快运行更新与调控反馈模块，并发出警报；AR>125％HL或AR<75％LL，存在高风险，自动运行应急处理模块；
应急处理模块4-7，可在当养殖子系统发生急性污染时，及时发出警报、捕捞河蟹、减轻损失。
综合上述的所有创新模式、技术方案、实用功能，本发明所具备的优点及积极效果为：
本发明提出一种多功能、数据化、自动化的河蟹养殖与风险防控的微宇宙系统，可实现河蟹养殖条件可控、管理效能强化，进而达到河蟹高产高效养殖的目标。
本发明通过单元化、精细化养殖，能控制养殖密度、确定河蟹状态，从而实现养殖过程中饲料和药剂的定点、精准投放；通过实时监测、自动调控水质，能有力保障绿色养殖，减轻养殖的水质水量压力；通过对养殖全过程的强化管理，能有效降低养殖过程中可能的风险，提高河蟹产品质量及产量。
相比现有技术，本发明的优点进一步包括：
为了保证对养殖水体水质状况的准确把握，作为优选，所述河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统对养殖装置内水位、水量、水温、pH值、溶解氧含量、NH4 +-N浓度等指标进行实时定量；作为进一步优选，所述河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统对养殖运行参数进行自动调控，有效避免传统养殖模式中的人工疏忽。
为了实现河蟹绿色生态养殖，作为优选，所述河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统通过建立微生态系统确定养殖密度、提高饲料利用率、减少药物投放；作为进一步优选，自动化更新养殖水体，保证水体承载能力，同时增设尾水净化处理，实现尾水零排放或达标后排放。
作为优选，本发明的河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统能对养殖过程的风险及时反馈、及时止损，不仅具有科学分析价值，也兼具经济价值。
实施例2
如图2所示，本发明实施例构建的微宇宙子系统外形为敞口长方体。由前后2块2米×1.2米(长×高)、左右2块1米×1.2米(宽×高)和底面1块2米×1米(长×宽)的透明有机玻璃板制成，可清晰观察养殖子系统内部环境；将泥沙消毒处理后，平坦布设在养殖子系统底部，一层厚0.1米；在泥沙上按株行距均匀种植沉水植物(金鱼藻)，以及挺水植物香蒲，覆盖面积占60％；在养殖水面布设浮床，浮床占水面面积25％；在浮床上种植水生植物(空心菜)，约占水面面积的10％；设置斜梯连接泥沙和浮床，坡度30°，供河蟹爬上浅水区(浮床)活动；水深0.8米，水量1.6立方米；养殖河蟹4只。
如图2所示，本发明实施例构建的水质监测子系统配套组件包括：水位监测模块的超声波水位计，利用声波发射和接收之间的时间差非接触式测量传感器到水面的距离，根据传感器在微宇宙中的z轴高度可推算水深；水温监测模块的笔式温度计，感温元件浸入式测量养殖子系统中的水温；pH监测模块的笔式pH计，每次测量前需进行校正，测量时将玻璃电极浸入水体中进行测量；DO监测模块的溶解氧检测仪，监测时传感器浸入式测量DO；NH4 +-N监测模块采用在线分光光度计等。利用组件对养殖子系统的监测数据，集中保存在数据存储模块中。
如图2所示，本发明实施例构建的自动调控子系统配套组件包括：对应全模块的潜水泵，将蓄水箱中符合要求的水泵入微宇宙系统中；对应温度调控模块及挥发性气体(如NH4 +-N等)调控模块的加热器，加热元件对水进行加入，实现升温、去除挥发性气体等功能；pH调控模块的加酸装置，根据程序调节有机酸的投入量及速率(调节酸度)，通过潜水泵对微宇宙系统多次补水/换水调节碱度；DO调控模块的底部微孔增氧机，有罗茨鼓风机、气体风流管路及微管曝气盘组成。
如图2所示，本发明实施例构建的管理功能子系统包括：数据分析模块，调用水质监测子系统中数据存储模块的监测数据，分析水质状况及调控需求；应急处理模块，对突发情况做出自动应对，及时止损；水体循环净化模块，养殖子系统中的水体长期使用后水质逐渐下降，启动循环净化模块，将养殖子系统中的水体导入旁路净化设施处理，去除污染物，改善水质；更新与调控模块，养殖过程中需要不断对水质进行更新，控制自动调控系统执行。实施例更新与调控模块对养殖子系统水质运行参数限制设置如下：1)水深为0.8米～1米；2)水温为19℃～28℃；3)pH值为7.5～8.5；4)溶解氧含量为≥5mg/l；5)NH4 +-N≤0.1mg/L；风险评价模块，除这对上述运行参数进行评价，还供科学分析使用，进行关键科研数据的分析，评价养殖过程中的风险；河蟹管理模块，记录微宇宙系统中的河蟹数量、空间分布(x,y,z)、成熟状况、健康或染病日志等。产业化养殖管理时，对达到商品规格的健壮河蟹，提示可分期分批捕捞上市销售；集约化组合模块，根据需求和增设养殖子系统，提供河蟹规模化养殖，如实施例中，增设多个(n)养殖子系统，河蟹养殖数量增加为4n，同时可有效提供各子系统模块提效赋能，在线组件可对多个养殖子系统进行监测或调控。
下面结合具体应用例对本发明的技术方案和应用场景作进一步描述。
根据本发明的应用例，构建了一种简易的微宇宙系统，用于对河蟹养殖过程中的风险进行科学分析。
下面结合具体应用例对本发明的应用场景作进一步说明。
应用例
河蟹养殖过程中危害物的来源主要包括水体中的污染物、底泥中的污染物、大气干/湿沉降污染物、人为饲喂药物等，导致河蟹养殖环境中污染物不断累积。水环境中的危害物被河蟹摄入、吸收后富集在体内，不但会对河蟹的正常生长、发育和品质造成负面影响，还能通过食物链传递给消费者，造成人类健康损害。因此，河蟹的安全养殖不容忽视。本应用例，运用本发明的河蟹养殖微宇宙系统，分析典型危害物质对河蟹的毒理学效应。
如图3所示，本发明应用例构建的河蟹养殖微宇宙系统，基本设计参数包括：
1)水体容量为3立方米；
2)养殖河蟹10只；
3)底泥厚度为10厘米；
4)水草种植面积为50％；
5)实验反应器占地面积为3平方米；
6)运行周期为河蟹生长周期；
7)系统安装材料为PVC大型容器，防漏，防污染；
8)同时设置系统有12个(A-L)；
9)搭建防雨防晒防盗不锈钢框架对场地进行维护；
10)试验后期按照标准化污染回收程序，维护场地及系统；
11)养殖投喂与养殖实际情况保持一致。
在设计基础上，搭建实际养殖模型(见图4～图5)。A、G为对照组，其余为污染物暴露组。分析不同浓度的镉暴露对河蟹的毒理学效应。将目标污染物镉混入底泥，混匀、稳定数日后，将河蟹苗移入微宇宙系统开始毒性暴露分析。
效果评价：
通过对照组的运行情况跟踪(A、G)，表明该模型能够正常养殖，由图4中可见，水体、底泥和水草三相处于稳定状态，其中水体能够达到清澈见底的状态，水草能够正常生长，而底泥也稳定在底部，满足河蟹正常生长需求。毒性实验结果数值稳定可靠。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统，其特征在于，所述河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统，包括河蟹养殖子系统、水质监测子系统、自动调控子系统以及全周期管理子系统；
所述河蟹养殖子系统，用于提供河蟹养殖的微型生态环境，还用于渔业养殖、科学分析和娱乐观赏功能的实施；
所述水质监测子系统，集成在所述河蟹养殖子系统中，用于对所述河蟹养殖子系统的水质进行实时、定量监测；
所述自动调控子系统，集成在所述河蟹养殖子系统中，用于对所述河蟹养殖子系统的运行参数进行调控；
所述全周期管理子系统，用于联接所述水质监测子系统和所述自动调控子系统，同时面向所述河蟹养殖子系统运行的全生命周期，提供多功能、数据化、自动化的河蟹养殖强化管理方案。
2.如权利要求1所述的河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统，其特征在于，所述河蟹养殖子系统为敞口装置，形状为长方体、立方体、圆柱体、圆台及相关变体中的任意一种，大小根据实际需求设定；
装置建造材料为玻璃、有机玻璃、水泥或PVC中的任意一种；
装置底部严格密封，并平坦地覆盖一层泥沙，泥沙厚5～10厘米；
泥沙或取自实际环境，或由泥、土、沙、石按比例配制；
装置标记三维刻度，选择装置底面中心为原点，构建三维坐标系，水平方向为x轴，竖直方向为z轴，垂直x/z轴方向为y轴；
往装置中注入清水，水质要求符合《无公害食品淡水养殖产地环境条件》即NY 5361-2016标准，水深、水量视装置的形状及大小合理设定；
距装置底部泥沙表面5～10厘米处，设置排水口；
通过绕装置一周在同一水平面均匀设置多个排水口；
排水管直径为160毫米，或视装置实际大小合理设置；
排水管材料为金属、塑复金属或塑料管中的任意一种。
3.如权利要求2所述的河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统，其特征在于，所述河蟹养殖子系统进一步包括：
装置中按株行距均匀栽种水草，水草覆盖面积占30～60％；水草为沉水植物和挺水植物搭配，类型包括伊乐藻、苦草、轮叶黑藻、金鱼藻和芦苇、香蒲、茭白、慈姑；
微宇宙中移植螺蛳、贝壳、小鱼和小虾生物，作为辅助性肉类饵料；
装置中在水面布设浮床，浮床面积占水面10～20％；
装置中的浮床上栽种植株，所述植物为空心菜、雍菜、水芹、豆瓣菜、大蒜、茼蒿，覆盖面积占水面5～10％；
装置中设置斜梯或折梯连接浮床和底部；
装置底部中心，在高于底泥表面3～5厘米处固定安装增氧设备；
微宇宙系统配备电动潜水泵1台，用于完成对系统补水，潜水泵功率大小根据装置容量合理选择。
4.如权利要求1所述的河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统，其特征在于，所述水质监测子系统，用于对养殖子系统中的水质进行实时、定量测量，包括水位、水温、pH值、溶解氧含量以及NH4 +-N，其他水质指标的监测根据实际情况增设；所述监测子系统还用于及时记录、存储监测数据，以备后续调用和分析使用。
5.如权利要求1所述的河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统，其特征在于，所述水质监测子系统包括多个监测模块和数据存储、传输模块；
所述水质监测子系统中的水位监测模块运行时，用于通过水位计部件实现养殖子系统内水位的实时测量和记录，水量的实时计算和记录；
所述水质监测子系统中的水温监测模块运行时，用于通过温度计部件实现养殖子系统内水温的实时测定和记录；
所述水质监测子系统中的酸碱度监测模块运行时，用于通过pH计部件实现养殖子系统内酸碱度pH值的实时测定和记录；
所述水质监测子系统中的溶解氧含量监测模块运行时，用于通过DO仪部件实现养殖子系统内溶解氧DO含量的实时测定和记录；
所述水质监测子系统中的氨氮含量监测模块运行时，用于通过分光光度计部件实现养殖子系统内氨氮NH4 +-N浓度的实时测定和记录；
所述水质监测子系统中的数据存储模块运行时，用于读取各监测模块的记录数据并集中存储在硬盘或指定存储设备中；
所述水质监测子系统中的监测模块可按需求增设，从而对更多水质指标进行定量监测。
6.如权利要求1所述的河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统，其特征在于，所述自动调控子系统，用于对养殖子系统的运行参数进行自动调控，包括水位、水温、pH值、溶解氧含量以及NH4 +-N，其他调控参数根据实际情况增设；
所述自动调控子系统包括多个状态调控模块；
所述自动调控子系统中的温度调控模块运行时，用于对养殖子系统中的水体进行加热或制冷；
所述自动调控子系统中的酸碱度调控模块运行时，用于启动投药泵，通过加药剂实时调节养殖子系统水体的pH值；
所述自动调控子系统中的溶解氧调控模块运行时，用于控制养殖子系统内增氧设备的运行，通过曝气将养殖子系统内DO提高至设定值；
所述自动调控子系统中的水位调控模块运行时，用于控制潜水泵对养殖子系统进行补水，或控制排水口阀门进行排水；
所述自动调控子系统中的循环净化模块运行时，用于启动循环泵，将养殖子系统中的水导入旁路净化装置，达到净化水质的目的；
所述自动调控子系统中的调控模块可按需求增设，从而对更多运行参数进行自动调控；
所述自动调控子系统中的氨氮含量监测模块，对养殖子系统内氨氮NH4 +-N浓度进行实时调节。
7.如权利要求1所述的河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统，其特征在于，所述全周期管理子系统，集成多种功能模块，用于联接水质监测子系统和自动调控子系统，对养殖子系统运行的全生命周期状态进行即时数据化分析及自动化调控。
8.如权利要求1所述的河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统，其特征在于，所述全周期管理子系统为集成多个功能模块的计算机子系统；
所述全周期管理子系统中的分析模块运行时，用于读取水质监测系统中数据存储模块的数据，进行数据分析与存储，判断调控需求；
所述全周期管理子系统中的更新与调控反馈模块运行时，用于调用自动调控系统中的相应模块，对养殖子系统进行运行参数调控或定期净化、循环利用；
所述全周期管理子系统中的循环净化模块运行时，用于对养殖子系统中的水体进行循环与净化处理，达到回用标准；
所述全周期管理子系统中的组合模块运行时，用于集合多个子系统，实现规模化、集约化养殖管理；通过多个养殖子系统的并联，对实现对自动调控模块中组件的整合应用；
所述全周期管理子系统中包含河蟹管理模块，用于记录、分析和存储养殖子系统中河蟹的编号、生长状况及观察日志；
所述全周期管理子系统中包含风险评价模块，用于输入、分析和存储科学分析数据，为系统升级提供支撑和指导；
所述全周期管理子系统中包含应急处理模块，当微宇宙系统发生急性污染，用于及时发出警报、捕捞河蟹。
9.如权利要求8所述的河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统，其特征在于，所述风险评价模块，还用于根据分析模块分析结果，针对水质水温为19℃～28℃、pH值为7.5～8.5、溶解氧含量为≥5mg/l及NH4+-N≤0.1mg/L安全限值进行养殖风险评价；还用于针对各水质指标分析结果AR，超过最高限值HL或低于最低限值LL定义存在风险。
10.如权利要求9所述的河蟹养殖与风险评价的微宇宙系统，其特征在于，所述风险评价模块的具体风险分级方法包括：HL<AR≤105％HL或95％LL≤AR<LL，存在低风险，自动运行更新与调控反馈模块；105％HL<AR≤125％HL或75％LL≤AR<95％LL，存在中风险，更新与调控反馈模块，并发出警报；AR>125％HL或AR<75％LL，存在高风险，自动运行应急处理模块。
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