CN117530208A - 一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水产养殖技术领域，具体涉及一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法，对养殖水体划分为多个控氢养殖区域，利用溶解氢检测仪进行周期性实时监测，根据随采集时刻变化的氢含量变化曲线进行分布划分处理，计算得到各个控氢养殖等级对应的饥饿胁迫度，通过智能调控光伏发电制氢设备通入养殖水体中的氢气量，控制鱼类的饥饿胁迫度达到鱼类的最适宜生存状态，进一步提高光伏养殖监测的检测精度和调控效率，有效提高养殖成活率带来更好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及水产养殖技术领域，具体涉及一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法。
背景技术
光伏制氢是一种利用太阳能将水分解为氢气和氧气的技术。要提高水中的氢浓度，一般是通过高效的光伏设备，如高效太阳能电池板提高能量转化效率，从而增加制氢的效果。在确保光伏设备充分暴露在阳光下进行高效的制备氢气，从而提高水中氢浓度、提高制氢效率和氢浓度。目前，有研究表明养殖水中的氢浓度的变化是水产动物的饥饿胁迫因子之一，因此，光伏制氢技术在水产养殖行业中的研究热点是趋向于如何维持水体中的氢含量，使得水产养殖，尤其在是鱼类的养殖中，养殖水体中的氢元素在鱼类的各个养殖阶段中均保持在一个合适水平；使得鱼类的饥饿胁迫上限提高，既防止摄食过多排泄物多提高水体中的氨氮含量从而恶化水质，也能够维持商品鱼具有体色光鲜，体质强健，无泥味，少脂肪，口感好，质量佳的“瘦身”特点，以提高鱼类的生长效率、大幅缩短养殖时间并节约饲料。
发明内容
鉴于以上的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法，通过对养殖水体划分为多个控氢养殖区域，利用溶解氢检测仪进行周期性实时监测，根据随采集时刻变化的氢含量变化曲线进行分布划分处理，智能调控光伏发电制氢设备通入养殖水体中的氢气量，维持鱼类的各个养殖阶段中均保持在一个合适水平，进一步提高光伏养殖监测的检测精度和调控效率，有效提高养殖成活率并提高鱼类的生长效率、大幅缩短养殖时间、节约饲料，从而带来更好的经济效益。
为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法，所述方法包括以下步骤：
S100，在养殖池塘设置光伏发电制氢设备，将所述养殖池塘的养殖水体划分为多个控氢养殖区域；
S200，所述控氢养殖区域与所述光伏发电制氢设备通过导热件相连接，设有阀体控制气体介质导通，包括氢气和氧气；
S300，在控氢养殖区域分别利用溶解氢检测仪对养殖水体进行周期性实时监测，在采样周期内获得随采样时刻变化的氢含量变化曲线与对应的摄食活跃度；
S400，根据氢含量变化曲线进行分布划分处理得到控氢养殖区域对应的控氢养殖等级；
S500，根据摄食活跃度计算各个控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度；(分布图象可以测定鱼的活跃程度，体形消瘦程度从而判断鱼的饥饿程度，即饥饿胁迫度)；
S600，判断相同控氢养殖等级的控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度是否小于对应控氢养殖等级的胁迫阈值，若否则开启所述阀体在养殖水体中通入氢气；等待下一个采样周期，跳转至S300。
进一步地，在S100中，在养殖池塘设置光伏发电制氢设备，将所述养殖池塘的养殖水体划分为多个控氢养殖区域，所述光伏发电制氢设备至少包括：光伏组件、电解制氢组件、储氢装置以及发电储能组件；其中，所述光伏组件架设于多个控氢养殖区域的水面上方，用于吸收太阳能产生直流电；所述电解制氢组件生成氢气和氧气，通过导管与各个控氢养殖区域的养殖水体相通；所述储氢装置与电解制氢组件连接，用于储存氢气；所述发电储能组件与所述储氢装置相连接，通入氢气与空气反应发电并储存于发电储能组件中。
进一步地，在S100中，将所述养殖池塘的养殖水体划分为多个控氢养殖区域的方法为：将养殖池塘划分为2×2米或5×5米的正方形网格，以每个网格作为一个控氢养殖区域。
进一步地，在S200中，所述控氢养殖区域与所述光伏发电制氢设备通过导热件相连接，设有阀体控制气体介质导通，包括氢气和氧气；其中，所述光伏发电制氢设备包括电解制氢组件，电解制氢组件设有阳极电解区和阴极电解区；所述导热件包括第一导管和第二导管，由导热保温材料制成，设有阀体可分别控制第一导管和第二导管的导通状态；其中，所述阳极电解区包括第一出口，与第一导管相通用于排出氧气；所述阴极电解区包括第二出口，与第二导管相通用于排出氢气；所述第一导管与第二导管与汇流排相通，分别导入所述多个控氢养殖区域的养殖水体。优选地，在所述养殖池塘周壁和底壁铺设保温材料/或设置有鱼池加热器，进一步保持养殖水体在适宜的恒定温度，防止水体热量散发。
进一步地，在S300中，在控氢养殖区域分别利用溶解氢检测仪对养殖水体进行周期性实时监测，在采样周期内获得随采样时刻变化的氢含量变化曲线与对应的摄食活跃度的具体方法为：利用溶解氢检测仪在各个控氢养殖区域进行水体氢含量周期性监测，对所述多个控氢养殖区域中的固定位置进行实时采样，在采样周期内得到所有采样时刻对应的水体中的氢含量，构成随采样时刻变化的氢含量变化曲线，同时，在采样周期内得到所有采样时刻对应的控氢养殖区域中的摄食活跃度，构成随采样时刻变化的摄食活跃度变化曲线。
其中，选用的溶解氢检测仪为DH30 便携式溶解氢检测仪、华科仪HK-378在线水中溶解氢分析仪、HK-378 溶解氢分析仪、ENH-2000溶解氢检测仪。
其中，在采样周期内得到所有采样时刻对应的控氢养殖区域中的摄食活跃度为：通过摄像机拍摄养殖池塘水面，根据鱼类游泳活动获取各个控氢养殖区域的摄食活跃度；
其中，摄食活跃度的计算方法的为参考文献[1]到[5]中的摄食活跃度或者鱼群活跃度的计算方法：
[1]曹晓慧,刘晃,戚仁宇,等.循环水养殖大口黑鲈摄食颗粒饲料的声学特征[J].农业工程学报, 2021, 37(20):7.
[2]赵建.循环水养殖游泳型鱼类精准投喂研究[D].浙江大学,2017.DOI:CNKI:CDMD:1.1018.045653.
[3]王春芳,沙宗尧.一种基于水流扰动的鱼群摄食活跃度智能检测方法:202110654210[P][2023-09-12].
[4]李路,周玉凡,孙超奇,等.基于声学信息和水面波动信息的鱼类养殖投喂量决策方法:202310428730[P][2023-09-12].
[5]沈怡,钱辰一,曹迪,等.一种基于图像视觉的鱼群活跃度监测方法:CN202110541559.5[P].CN113327263A[2023-09-12]。
进一步地，在S400中，根据氢含量变化曲线进行分布划分处理得到控氢养殖区域对应的控氢养殖等级的具体方法为：
S401，由所有的氢含量变化曲线构成图像分辨率为M×N个像素大小的区域控氢图像，（区域控氢图像包括所有的氢含量变化曲线，区域控氢图像是以横坐标为采样时刻、纵坐标为氢含量构建直角坐标系的图像）；设所述区域控氢图像中第k个氢含量变化曲线上第t个采样时刻对应的氢含量为paracurve(k, t)；其中，k为氢含量变化曲线的序号，t为采样时刻，k∈[1, M]，t∈[1, N]，M为氢含量变化曲线的总数，N为采样周期长度，单位为秒；优选地，M∈[8,64]，N∈[60,3600]；（根据所有氢含量变化曲线从整体上判断出养殖池塘各个控氢养殖区域的变化的相对趋势）。
S402，遍历k、t值的取值范围，当paracurve(k, t)值小于paracurve(k+1, t)值时，计算对应的k值与M值的比值记为趋小分布比例，在k值取值范围内计算所有趋小分布比例的算术平均值作为分布比例下限记作minA；计算所有趋小分布比例对应的paracurve(k,t)值的算术平均值记为meanP；当paracurve(k, t)值大于或等于meanP时，计算对应的k值与M值的比值记作密集分布比例，在k值取值范围内计算所有密集分布比例的算术平均值作为分布比例上限记作maxA；得到分布比例范围为[minA, maxA]；
S403，遍历k、t值的取值范围，计算paracurve(k, t)值对应的k值与M值的比值记作k/M，判断k/M值是否大于或等于minA值，否则将对应的paracurve(k, t)值记作极小水体氢含量；是则判断k/M值是否小于或等于maxA值，是则将对应的paracurve(k, t)值记作最佳水体氢含量，否则将对应的paracurve(k, t)值记作极大水体氢含量；
S404，以所有所述极小水体氢含量的算术平均值记作第一控氢界限；以所有所述最佳水体氢含量的算术平均值记作第二控氢界限；以所有所述极大水体氢含量的算术平均值记作第三控氢界限；
S405，遍历k、t值的取值范围，当paracurve(k, t)值小于或等于第一控氢界限时，对应的k值标记为第一控氢养殖等级；当paracurve(k, t)值大于第一控氢界限且小于或等于第二控氢界限时，对应的k值标记为第二控氢养殖等级；当paracurve(k, t)值大于第二控氢界限且小于或等于第三控氢界限时，对应的k值标记为第三控氢养殖等级；当paracurve(k, t)值大于第三控氢界限时，对应的k值标记为第四控氢养殖等级；在采集周期内，分别计算各个控氢养殖区域对应的t值标记的各个控氢养殖等级（各个控氢养殖等级包括第一控氢养殖等级、第二控氢养殖等级、第三控氢养殖等级、第四控氢养殖等级）的出现次数，将出现次数最多的控氢养殖等级作为对应的控氢养殖等级（将养殖池塘划分为多个控氢养殖区域，能够同时在采样周期内得到多个控氢养殖区域对应的所述氢含量变化曲线，能够避免由于鱼苗和浮游生物对氢的吸收分布不均导致对养殖水体的整体评定误差；并进行分布划分处理，结合各个控氢养殖区域的位置关系构建区域控氢图像，根据各个随采样时刻变化的水体氢含量计算得到分布比例范围，进一步计算各个动态的养殖界限，能够根据实时采样的水体氢含量得到动态变化的各个控氢养殖等级，克服单一固定的水体氢含量监测带来的区域分布误差，提高对养殖水质评定指标评定的抗干扰能力和准确精度，能够有效校正在气温、气压对溶解氢含量影响情况下对水产养殖生态系统的波动影响）。
进一步地，在S500中，根据摄食活跃度计算各个控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度的具体方法为：记activity(k, t)为第k个氢含量变化曲线上第t个采样时刻对应的摄食活跃度；
遍历k、t值的取值范围，记paracurve(k, t)值的为最大值时的摄食活跃度记为activity(k, tmax)，tmax为paracurve(k, t)值为最大值时对应的t值；
计算各个控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度记作ThrePO，其计算方法为：
；
，
；
其中，corP1(t)为第t个采样时刻在各个所述控氢养殖等级中所有控氢养殖区域的氢含量变化曲线对应的摄食活跃度activity(k, t)值与摄食活跃度activity (k,tmax)值的平均差值；corP2(t)为第t个采样时刻在各个所述控氢养殖等级中所有控氢养殖区域的氢含量变化曲线对应的摄食活跃度activity (k, t)值与摄食活跃度activity(k,tmax)值的平均总和值（进一步根据摄食活跃度计算各个所述控氢养殖等级对应的鱼类的饥饿胁迫度，对多个控氢养殖区域进行精准动态划分控氢养殖等级，并根据多个溶解氢检测仪获得精准的养殖位置对应的水质标准指标，能进一步提高动态溶解氢监测的检测精度和分析效率）。
进一步地，在S600中，控氢养殖等级的胁迫阈值为人为设置的值；
优选地，在S600中，控氢养殖等级的胁迫阈值为记录的当前养殖池塘中首次出现对应控氢养殖等级的控氢养殖区域时该控氢养殖区域的饥饿胁迫度。
进一步地，在S600中，预设值为控氢养殖区域总数量的0.2~0.5倍。
进一步地，在S600中，判断相同控氢养殖等级的控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度是否小于对应控氢养殖等级的胁迫阈值，若否则开启所述阀体在养殖水体中通入氢气的方法为：
判断相同控氢养殖等级的控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度是否小于对应控氢养殖等级的胁迫阈值，若是则标记当前所述控氢养殖区域为适宜养殖区域，否则标记当前所述控氢养殖区域为饥饿胁迫区域；控制所述饥饿胁迫区域与所述光伏发电制氢设备相连接的导热件上的所述阀体导通，从而在养殖水体中通入氢气，控制导通的开启时长；等待下一个采样周期，跳转至S300，在下一个采样周期内获得随采样时刻变化的氢含量变化曲线。
本发明还提供了一种基于光伏制氢的冬季水产养殖系统，所述系统包括：光伏发电制氢设备、溶解氢检测仪、存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序；所述处理器执行所述计算机程序时实现一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法中的步骤，所述一种基于光伏制氢的冬季水产养殖系统可以运行于桌上型计算机、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中，可运行的系统可包括但不仅限于，处理器、存储器、服务器集群。
如上所述，本发明所述的一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法，具有以下有益效果：（1）利用多点溶解氢含量监测方式对养殖池塘进行区域分布划分，具有适应性广、动态实时、成本较低等优点，可满足大规模溶解氢监测的精度要求；（2）针对性养殖分布划分计算各个控氢养殖等级对应的饥饿胁迫度，实现智能水质调控管理，进一步提高动态水质监测的检测精度和调控效率，通过控制鱼类饥饿胁迫从而间接的减少残饵污染，提高养殖水体中污染物的生物自净能力；（3）维持鱼类的各个养殖阶段中均保持在一个合适水平，进一步提高光伏养殖监测的检测精度和调控效率，有效提高养殖成活率并提高鱼类的生长效率、大幅缩短养殖时间、节约饲料，从而带来更好的经济效益。
附图说明
通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本发明的上述以及其他特征将更加明显，本发明附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中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，在附图中：
图1所示为一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法于一实施例中的流程图；
图2所示为氢气抑制草鱼IFNγ2饥饿胁迫基因的表达图；
图3所示为氢气抑制草鱼JAK2饥饿胁迫信号通路的表达图；
图4所示为氢气抑制草鱼STAT3饥饿胁迫信号通路的表达图；
图5所示为一种基于光伏制氢的冬季水产养殖系统于一实施例中的系统结构图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示为根据本发明的一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法的流程图，下面结合图1来阐述根据本发明的实施方式的一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法。
实施例：本发明提出一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法，所述方法具体包括以下步骤：
S100，在养殖池塘设置光伏发电制氢设备，将所述养殖池塘的养殖水体划分为多个控氢养殖区域；
S200，所述控氢养殖区域与所述光伏发电制氢设备通过导热件相连接，设有阀体控制气体介质导通，包括氢气和氧气；
S300，在控氢养殖区域分别利用溶解氢检测仪对养殖水体进行周期性实时监测，在采样周期内获得随采样时刻变化的氢含量变化曲线与对应的摄食活跃度；
S400，根据氢含量变化曲线进行分布划分处理得到控氢养殖区域对应的控氢养殖等级；
S500，根据摄食活跃度计算各个控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度；
S600，判断相同控氢养殖等级的控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度是否小于对应控氢养殖等级的胁迫阈值，若否则开启所述阀体在养殖水体中通入氢气；等待下一个采样周期，跳转至S300。
进一步地，在本发明实施例中，在所述方法步骤S100之前，还包括对养殖池塘的水体环境清洁步骤，具体包括：淤泥清理，加固防护塘埂、改善池底土质、引进防逃排水设施等，能够有效防止养殖池塘的底部大量淤泥影响鱼类的正常生长，进一步对改善养殖池塘的生态环境，促进水产养殖生长和提高养殖成活率。
在本实施例中，还包括水体环境消毒步骤，能够有效防止病虫菌、昆虫及各种有害物质的生长。具体地，水体环境清洁步骤的方法包括但不限于自然法，采用风干暴晒或人工机械挖掘，消亡寄生虫等病原体的同时使底部淤泥变干疏松；水体环境消毒步骤的方法包括但不限于化学清除法，在养殖池塘内整池喷洒生石灰2500 kg/hm2，或使用底质改良剂，分解塘底的大分子有机物，达到降低耗氧、清淤消毒的效果；等待5~7天水体环境中毒性消解后，在养殖鱼苗投放前3天注入新的养殖用水，控制水深在1.6~2.5米之间，并用密网过滤防止野生杂鱼混入，获得相对益于鱼类生长的养殖水体环境。
养殖鱼苗为健壮、规格为100-150g/尾的草鱼鱼苗，每667m2放养800尾，鱼苗放养前使用5％的食盐水浸泡消毒。
在一些可能的实施方式中，在所述方法步骤S100之前，根据国家标准《渔业水质标准》（SC/T 9101-2007）要求，检测养殖池塘对应的水体氢含量，判断是否在其水质指标的标准范围之内，是则进行养殖苗投放并进行饲料投喂管理；否则进行所述水体环境清洁步骤和/或水体环境消毒步骤。
其中，所述养殖苗投放的具体过程包括：确定养殖苗的投放时间和放养密度，保证其氮磷等指标在合理范围之内；所述饲料投喂管理的方法为：每日早晚各投喂1次鱼类饲料；，投喂饲料量为鱼重量的6％，饲料由主料和辅料组成；
其中：主料由以下重量份原料制成：玉米粉25、麦麸15、富硒酵母5；辅料由以下重量份原料制成：草叶15、蔬菜叶40。
优选地，在所述养殖池塘配置智能投饵系统，以降低将饵料均匀撒开的投喂难度，实现定时定点的精准投饵，避免养殖池塘中鱼群密度过度不均所带来的分布检测误差。
现有的智能养殖方法常采用一体化的水质在线监测系统，仅监测某一固定位置对应的养殖水体的水体氢含量作为水质评定指标；但由于光伏组件的遮光比例、投料分布或水温分布等存在明显的差距影响，会导致同个养殖池塘内的鱼苗和浮游生物分布存在较大差别，采集单点的水体氢含量无法有效评定整体养殖水体的水质情况。
进一步地，在S100中，在养殖池塘设置光伏发电制氢设备，将所述养殖池塘的养殖水体划分为多个控氢养殖区域；其中，所述光伏发电制氢设备至少包括：光伏组件、电解制氢组件、储氢装置以及发电储能组件，具体地，在本发明实施例中，所述光伏组件为层叠设置的光伏发电板构成光伏阵列，架设于多个控氢养殖区域的水面上方，用于吸收太阳能产生直流电；所述电解制氢组件包括封闭设置的电解槽，在电解槽两端设有极性不同的两个电极板，均浸泡在电解质溶液中；在两个电极板之间设有氢氧离子膜，将电解槽分为阳极电解区和阴极电解区；所述直流电供给到电解槽中发生水电解放热反应，在阳极电解区中产生氧气，阴极电解区中产生氢气；并分别从对应的氧气出口和氢气出口排出，通过导管与各个控氢养殖区域的养殖水体相通；所述储氢装置与电解制氢组件连接，用于储存氢气；所述发电储能组件与所述储氢装置相连接，通入氢气与空气反应发电并储存于发电储能组件中。
在一种可能的实施方式中，所述发电储能组件能够同时向养殖池塘的其他用电设备如溶解氢检测仪、照明设备、增氧设备等提供电力，也可以向所述电解制氢组件提供电能，实现绿色能源的循环利用。
在一种可能的实施方式中，所述光伏发电制氢设备还包括散热器、恒压器、补水阀、增压器和过滤器。优选地，所述散热器采用夹层结构固定于电解槽外壁，内部设有导热管，外部设有多个散热片或散热扇；所述恒压器设于电解槽内部，通过稳压阀调节电解槽内的压力；所述补水阀设于电解槽底部，用于方便补充电解质溶液，如氢氧化钾溶液。所述发电储能组件为氢燃料电池，利用储氢装置内溢出的氢气与空气为原料，通入氢燃料电池内进行发电并储存电能。优选地，由于电解槽所产生的氢气还含有少量的水分等杂质，需要对氢气进行干燥、过滤等提纯处理才能得到储存于储氢装置内；所述电解槽与增压器相连接，通过导管依次导入增压器、过滤器，最后与储氢装置相连接；具体地，所述电解槽的阴极电解区与增压器相连接，经过增压后通过导管依次导入所述过滤器，包括氢氧分离器、氢洗涤器、循环泵、干燥器、冷却器、气水分离器、氢过滤器等，最终通过汇流排将提纯后的氢气导入储氢装置，或者直接补充导入氢燃料电池中。
在一种可能的实施方式中，在所述养殖池塘中，所述储氢装置与所述控氢养殖区域的养殖水体相连接，通过导管可控地向所述多个控氢养殖区域导入氢气；还包括增氧设备，用于预防异常天气变化如气温明显下降、昼夜温差大、或缺乏太阳光照等情况；具体地，当异常天气出现时，控制储氢装置向所述控氢养殖区域间歇性导入氢气，维持水体环境的酸碱平衡，并全天开设增氧机搅动水体，提高溶氧量防止鱼体缺氧造成死亡。
然而，在养殖池塘水体上方架设光伏发电制氢设备的光伏组件，将对养殖池塘光照造成直接影响。光照是影响水产养殖生态系统的重要因素，长期遮光会直接影响水温和浮游植物的光合效率，进而影响水体溶氧量，导致水体环境中浮游生物量减少，鱼类饵料生物减少，污染物的生物自净能力减弱，进一步改变原有的水体理化性质，影响鱼类的正常生长发育。
进一步地，在S100中，将所述养殖池塘的养殖水体划分为多个控氢养殖区域的方法为：将养殖池塘划分为5×5米的正方形网格，以每个网格作为一个控氢养殖区域。
进一步地，在S200中，所述控氢养殖区域与所述光伏发电制氢设备通过导热件相连接，设有阀体控制气体介质导通，包括氢气和氧气；具体地，在本发明实施例中，所述光伏发电制氢设备包括电解制氢组件，电解制氢组件设有阳极电解区和阴极电解区；所述导热件包括第一导管和第二导管，由导热保温材料制成，设有阀体可分别控制第一导管和第二导管的导通状态；其中，所述阳极电解区包括第一出口，与第一导管相通用于排出氧气；所述阴极电解区包括第二出口，与第二导管相通用于排出氢气；所述第一导管与第二导管与汇流排相通，分别导入所述多个控氢养殖区域的养殖水体。优选地，在所述养殖池塘周壁和底壁铺设保温材料，进一步保持养殖水体在适宜的恒定温度，防止水体热量散发。
进一步地，在S300中，在控氢养殖区域分别利用溶解氢检测仪对养殖水体进行周期性实时监测，在采样周期内获得随采样时刻变化的氢含量变化曲线与对应的摄食活跃度的具体方法为：利用溶解氢检测仪在各个控氢养殖区域进行水体氢含量周期性监测，对所述多个控氢养殖区域中的固定位置进行实时采样，在采样周期内得到所有采样时刻对应的水体中的氢含量，构成随采样时刻变化的氢含量变化曲线，同时，在采样周期内得到所有采样时刻对应的控氢养殖区域中的摄食活跃度，构成随采样时刻变化的摄食活跃度变化曲线。
其中，溶解氢检测仪通过周期定时器进行控制，周期定时器为定时开关。
其中，选用的溶解氢检测仪为华科仪HK-378在线水中溶解氢分析仪。
其中，在采样周期内得到所有采样时刻对应的控氢养殖区域中的摄食活跃度为：通过摄像机拍摄养殖池塘水面，获取各个控氢养殖区域的摄食活跃度。
进一步地，在S400中，根据氢含量变化曲线进行分布划分处理得到控氢养殖区域对应的控氢养殖等级的具体方法为：
S401，由所有的氢含量变化曲线构成图像分辨率为M×N个像素大小的区域控氢图像，（区域控氢图像包括所有的氢含量变化曲线，区域控氢图像是以横坐标为采样时刻、纵坐标为氢含量构建直角坐标系的图像）；设所述区域控氢图像中第k个氢含量变化曲线上第t个采样时刻对应的氢含量为paracurve(k, t)；其中，k为氢含量变化曲线的序号，t为采样时刻，k∈[1, M]，t∈[1, N]，M为氢含量变化曲线的总数，N为采样周期长度，单位为秒；优选地，M为64，N为3600秒；（根据所有氢含量变化曲线从整体上判断出养殖池塘各个控氢养殖区域的变化的相对趋势）。
S402，遍历k、t值的取值范围，当paracurve(k, t)值小于paracurve(k+1, t)值时，计算对应的k值与M值的比值记为趋小分布比例，在k值取值范围内计算所有趋小分布比例的算术平均值作为分布比例下限记作minA；计算所有趋小分布比例对应的paracurve(k,t)值的算术平均值记为meanP；当paracurve(k, t)值大于或等于meanP时，计算对应的k值与M值的比值记作密集分布比例，在k值取值范围内计算所有密集分布比例的算术平均值作为分布比例上限记作maxA；得到分布比例范围为[minA, maxA]；
S403，遍历k、t值的取值范围，计算paracurve(k, t)值对应的k值与M值的比值记作k/M，判断k/M值是否大于或等于minA值，否则将对应的paracurve(k, t)值记作极小水体氢含量；是则判断k/M值是否小于或等于maxA值，是则将对应的paracurve(k, t)值记作最佳水体氢含量，否则将对应的paracurve(k, t)值记作极大水体氢含量；
S404，以所有所述极小水体氢含量的算术平均值记作第一控氢界限；以所有所述最佳水体氢含量的算术平均值记作第二控氢界限；以所有所述极大水体氢含量的算术平均值记作第三控氢界限；
S405，遍历k、t值的取值范围，当paracurve(k, t)值小于或等于第一控氢界限时，对应的k值标记为第一控氢养殖等级；当paracurve(k, t)值大于第一控氢界限且小于或等于第二控氢界限时，对应的k值标记为第二控氢养殖等级；当paracurve(k, t)值大于第二控氢界限且小于或等于第三控氢界限时，对应的k值标记为第三控氢养殖等级；当paracurve(k, t)值大于第三控氢界限时，对应的k值标记为第四控氢养殖等级；在采集周期内，分别计算各个控氢养殖区域对应的t值标记的各个控氢养殖等级（各个控氢养殖等级包括第一控氢养殖等级、第二控氢养殖等级、第三控氢养殖等级、第四控氢养殖等级）的出现次数，将出现次数最多的控氢养殖等级作为对应的控氢养殖等级。
进一步地，在S500中，根据摄食活跃度计算各个控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度的具体方法为：记activity(k, t)为第k个氢含量变化曲线上第t个采样时刻对应的摄食活跃度；
遍历k、t值的取值范围，记paracurve(k, t)值的为最大值时的摄食活跃度记为activity(k, tmax)，tmax为paracurve(k, t)值为最大值时对应的t值；
计算各个控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度记作ThrePO，其计算方法为：
；
，
；
其中，corP1(t)为第t个采样时刻在各个所述控氢养殖等级中所有控氢养殖区域的氢含量变化曲线对应的摄食活跃度activity(k, t)值与摄食活跃度activity (k,tmax)值的平均差值；corP2(t)为第t个采样时刻在各个所述控氢养殖等级中所有控氢养殖区域的氢含量变化曲线对应的摄食活跃度activity (k, t)值与摄食活跃度activity(k,tmax)值的平均总和值。
进一步地，在S600中，控氢养殖等级的胁迫阈值为人为设置的值；
优选地，在S600中，控氢养殖等级的胁迫阈值为记录的当前养殖池塘中首次出现对应控氢养殖等级的控氢养殖区域时该控氢养殖区域的饥饿胁迫度。
进一步地，在S600中，预设值为控氢养殖区域总数量的0.2倍。
进一步地，在S600中，判断相同控氢养殖等级的控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度是否小于对应控氢养殖等级的胁迫阈值，若否则开启所述阀体在养殖水体中通入氢气的方法为：
判断相同控氢养殖等级的控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度是否小于对应控氢养殖等级的胁迫阈值，若是则标记当前所述控氢养殖区域为适宜养殖区域，否则标记当前所述控氢养殖区域为饥饿胁迫区域；控制所述饥饿胁迫区域与所述光伏发电制氢设备相连接的导热件上的所述阀体导通，从而在养殖水体中通入氢气，控制导通的开启时长；等待下一个采样周期，跳转至S300，在下一个采样周期内获得随采样时刻变化的氢含量变化曲线。导通的开启时长默认设置为3600秒。
由于混合养殖模式容易引起水体富营养化，导致水体藻类爆发和浮游生物的生长繁殖，以及光伏组件对养殖水体的遮光效应，会极大程度地影响水产养殖的成活率；而现有研究表明，水体中无机物如总磷和总氮含量对水体藻类和浮游生物的生长具有较大影响，而氢气供入能够中和具有细胞毒性的强氧化剂，如羟基自由基和过氧化亚硝酸离子，可攻击机体内核酸、脂质和蛋白质，导致DNA断裂、脂质过氧化和蛋白质失活。
如图2所示为氢气抑制草鱼IFNγ2饥饿胁迫基因的表达图；图3所示为氢气抑制草鱼JAK2饥饿胁迫信号通路的表达图；图4所示为氢气抑制草鱼STAT3饥饿胁迫信号通路的表达图；因此，氢气具有良好的抗氧化性、抗饥饿胁迫性和抗细胞凋亡等有益作用。
结合光伏养殖模式，利用光伏发电制氢设备能够充分利用绿色能源放热生成氢气和氧气，为养殖水体传递余热利用维持在适宜水温的条件下，进一步将电解生成的氢气和氧气可控地通入养殖水体，提高水体中的pH值和溶氧量，促进水产养殖的存活率和生长效率，通过控制鱼类饥饿胁迫从而间接的减少残饵污染，提高养殖水体中污染物的生物自净能力。
目前传统的水质监测手段无法满足对于大面积水产养殖、时效性高的动态监测需求， 尤其在混合养殖模式中引起的水体富营养化和鱼类交叉致病率高的问题尤其严重，需要对养殖生态环境的动态实时监测，及时进行相应的水质控制措施。优选地，由于入冬后气温明显下降，导致昼夜温差大，通过所述光伏发电制氢装置进行电解放热反应，为养殖水体传输余热维持水温恒定，降低水温对鱼类生长性能的影响。其次，可选地在入冬前对养殖水体进行杀虫消毒，所述光伏发电制氢装置可控地向各个控氢养殖区域进单独输入气体介质，可根据所述区域控氢图像，计算各个所述控氢养殖等级，得到各个控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度，并将低于饥饿胁迫度的控氢养殖区域标记为易感养殖区域；控制与易感养殖区域相同的阀体开启的时长，以调控输入氢气或氧气的总量，从而通过智能调控维持鱼类的最适宜生存状态，提高养殖成活率带来良好的经济效益。
选取2块相邻的相同大小的养殖池塘分别记为养殖池塘1和养殖池塘2，养殖池塘的水质条件相同，在这2个养殖池塘中饲养数量相同、相同品种、规格相同的草鱼，草鱼鱼苗的生长状况完全相同，养殖池塘1分别采用本发明提出的一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法的方法进行饲养，养殖池塘2采用常规的饲养方法，除了本发明提出的实施例中所述的条件外，2个养殖池塘的其余饲养管理方法完全相同，试验时间为3年，养殖池塘1和养殖池塘2中草鱼的生长情况如表1所示：
表1养殖池塘中草鱼的生长情况数据
由此可见，而本申请利用多点水质监测方式对养殖池塘进行区域分布划分，实时的控制池塘中的溶解氢浓度，既能有效的提高草鱼的生长速度，又能提高草鱼的存活率，进一步考虑了水体污染、昼夜温差对养殖生态系统和鱼类生长的不良影响，以及避免了混合养殖模式下水体富营养化、复杂病症交叉，机体炎症致病率高、饲料利用率低等问题。
氢气对饥饿状态下草鱼血清生化指标的影响数据：
以养殖池塘1为充氢组、以养殖池塘2为对照组，在养殖周期内，以3个月内每隔一周在对照组和充氢组中各采样一尾草鱼，监测氢气对饥饿状态下草鱼血清生化指标的影响数据如下：
表2 氢气对饥饿状态下草鱼血清生化指标的影响
可见，氢气显著降低了草鱼的血清胆固醇、甘油三酯以及低密度脂蛋白胆固醇的含量（P<0.05)，显著提高度脂蛋白以及血糖含量（P <0.05)，能够使草鱼抗饥饿胁迫性的能力增加。
如图5所示为本发明的一种基于光伏制氢的冬季水产养殖系统结构图，所述一种基于光伏制氢的冬季水产养殖系统包括，但不仅限于，光伏发电制氢设备、溶解氢检测仪、存储器、处理器，以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序运行在以下系统的单元中：
水体氢含量存储单元，用于利用溶解氢检测仪对控氢养殖区域对应的养殖水体进行周期性实时监测，在采样周期内获得并存储随采样时刻变化的氢含量变化曲线；
养殖分布划分处理单元，用于根据氢含量变化曲线进行分布划分处理得到控氢养殖区域对应的控氢养殖等级；
水质污染临界计算单元，用于根据摄食活跃度计算各个控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度；
智能调控处理单元，用于判断相同控氢养殖等级的控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度是否小于对应控氢养殖等级的胁迫阈值，否则控制所述控氢养殖区域与光伏发电制氢装置连接的阀体开启，在养殖水体中通入氢气，并控制氢气的输入时长。
所述输入时长为预设时长，默认设置为3600秒。
本领域技术人员可以理解，所述例子仅仅是一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法及系统的示例，并不构成对一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法及系统的限定，可以包括比例子更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种基于光伏制氢的冬季水产养殖系统还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立元器件门电路或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种基于光伏制氢的冬季水产养殖系统的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种基于光伏制氢的冬季水产养殖系统的各个分区域。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法及系统的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card, SMC），安全数字（Secure Digital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。
Claims (8)
1.一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S100，在养殖池塘设置光伏发电制氢设备，将所述养殖池塘的养殖水体划分为多个控氢养殖区域；
S200，所述控氢养殖区域与所述光伏发电制氢设备通过导热件相连接，设有阀体控制气体介质导通，包括氢气和氧气；
S300，在控氢养殖区域分别利用溶解氢检测仪对养殖水体进行周期性实时监测，在采样周期内获得随采样时刻变化的氢含量变化曲线与对应的摄食活跃度；
S400，根据氢含量变化曲线进行分布划分处理得到控氢养殖区域对应的控氢养殖等级；
S500，根据摄食活跃度计算各个控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度；
S600，判断相同控氢养殖等级的控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度是否小于对应控氢养殖等级的胁迫阈值，若否则开启所述阀体在养殖水体中通入氢气；等待下一个采样周期，跳转至S300。
2.根据权利要求1所述的一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法，其特征在于，在S100中，在养殖池塘设置光伏发电制氢设备，将所述养殖池塘的养殖水体划分为多个控氢养殖区域，所述光伏发电制氢设备至少包括：光伏组件、电解制氢组件、储氢装置以及发电储能组件；所述电解制氢组件生成氢气和氧气，通过导管与各个控氢养殖区域的养殖水体相通；所述储氢装置与电解制氢组件连接，用于储存氢气；所述发电储能组件与所述储氢装置相连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法，其特征在于，在S200中，所述控氢养殖区域与所述光伏发电制氢设备通过导热件相连接，设有阀体控制气体介质导通，包括氢气和氧气；其中，所述光伏发电制氢设备包括电解制氢组件，电解制氢组件设有阳极电解区和阴极电解区；所述导热件包括第一导管和第二导管，由导热保温材料制成，设有阀体可分别控制第一导管和第二导管的导通状态。
4.根据权利要求1所述的一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法，在S300中，在控氢养殖区域分别利用溶解氢检测仪对养殖水体进行周期性实时监测，在采样周期内获得随采样时刻变化的氢含量变化曲线与对应的摄食活跃度的具体方法为：利用溶解氢检测仪在各个控氢养殖区域进行水体氢含量周期性监测，对所述多个控氢养殖区域中的固定位置进行实时采样，在采样周期内得到所有采样时刻对应的水体中的氢含量，构成随采样时刻变化的氢含量变化曲线，同时，在采样周期内得到所有采样时刻对应的控氢养殖区域中的摄食活跃度，构成随采样时刻变化的摄食活跃度变化曲线。
5.根据权利要求1所述的一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法，在S300中，在S400中，根据氢含量变化曲线进行分布划分处理得到控氢养殖区域对应的控氢养殖等级的具体方法为：
S401，由所有的氢含量变化曲线构成图像分辨率为M×N个像素大小的区域控氢图像；设所述区域控氢图像中第k个氢含量变化曲线上第t个采样时刻对应的氢含量为paracurve(k, t)；其中，k为氢含量变化曲线的序号，t为采样时刻；
S402，遍历k、t值的取值范围，当paracurve(k, t)值小于paracurve(k+1, t)值时，计算对应的k值与M值的比值记为趋小分布比例，在k值取值范围内计算所有趋小分布比例的算术平均值作为分布比例下限记作minA；计算所有趋小分布比例对应的paracurve(k, t)值的算术平均值记为meanP；当paracurve(k, t)值大于或等于meanP时，计算对应的k值与M值的比值记作密集分布比例，在k值取值范围内计算所有密集分布比例的算术平均值作为分布比例上限记作maxA；得到分布比例范围为[minA, maxA]；
S403，遍历k、t值的取值范围，计算paracurve(k, t)值对应的k值与M值的比值记作k/M，判断k/M值是否大于或等于minA值，否则将对应的paracurve(k, t)值记作极小水体氢含量；是则判断k/M值是否小于或等于maxA值，是则将对应的paracurve(k, t)值记作最佳水体氢含量，否则将对应的paracurve(k, t)值记作极大水体氢含量；
S404，以所有所述极小水体氢含量的算术平均值记作第一控氢界限；以所有所述最佳水体氢含量的算术平均值记作第二控氢界限；以所有所述极大水体氢含量的算术平均值记作第三控氢界限；
S405，遍历k、t值的取值范围，当paracurve(k, t)值小于或等于第一控氢界限时，对应的k值标记为第一控氢养殖等级；当paracurve(k, t)值大于第一控氢界限且小于或等于第二控氢界限时，对应的k值标记为第二控氢养殖等级；当paracurve(k, t)值大于第二控氢界限且小于或等于第三控氢界限时，对应的k值标记为第三控氢养殖等级；当paracurve(k,t)值大于第三控氢界限时，对应的k值标记为第四控氢养殖等级；在采集周期内，分别计算各个控氢养殖区域对应的t值标记的各个控氢养殖等级的出现次数，将出现次数最多的控氢养殖等级作为对应的控氢养殖等级。
6.根据权利要求1所述的一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法，在S600中，控氢养殖等级的胁迫阈值为记录的当前养殖池塘中首次出现对应控氢养殖等级的控氢养殖区域时该控氢养殖区域的饥饿胁迫度。
7.根据权利要求1所述的一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法，在S600中，判断相同控氢养殖等级的控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度是否小于对应控氢养殖等级的胁迫阈值，若否则开启所述阀体在养殖水体中通入氢气的方法为：
判断相同控氢养殖等级的控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度是否小于对应控氢养殖等级的胁迫阈值，若是则标记当前所述控氢养殖区域为适宜养殖区域，否则标记当前所述控氢养殖区域为饥饿胁迫区域；控制所述饥饿胁迫区域与所述光伏发电制氢设备相连接的导热件上的所述阀体导通，从而在养殖水体中通入氢气，控制导通的开启时长；等待下一个采样周期，跳转至S300，在下一个采样周期内获得随采样时刻变化的氢含量变化曲线。
8.一种基于光伏制氢的冬季水产养殖系统，其特征在于，所述系统包括：光伏发电制氢设备、溶解氢检测仪、存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序；所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中的任意一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法中的步骤。
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