基于物联网的小型太阳能浮标式水质监测系统在海参池塘养殖中的应用

评价的重要指标。高浓度DO可氧化分解水体中的有毒有害物质，抑制厌氧性有害菌繁殖，减少病害的发生[9]。结合实际生产，海参养殖池塘的DO要求最低为5 mg/L，过低则会导致海参死亡。pH值除可以直接反映水体的酸碱度外，也能间接反映水体中浮游植物群落的浓度及其光合作用强度，还可以根据pH值的高低判断水体中DO含量等情况。海参养殖对pH值的要求为7.6～8.5。水温也是影响水产养殖生物生理代谢活动的重要因子，海参最适宜的生长水温为10～16℃，当水温超过20℃时，海参将逐渐进入夏眠状态，养殖过程中水温应维持在5～28℃之间。海参属于狭盐性海洋生物，海水盐度超出适宜范围将会影响其正常的生长和发育，并最终导致疾病的发生，所以养殖水盐度应该稳定在28～34之间[16]。

2.2实验方法

2015年9月将小型太阳能浮标式水质监测系统（型号：KLD-FB-01，厦门吉龙德环境工程有限公司）投放到荣成东楮岛海洋科技有限公司位于山东荣成东楮岛附近的海参池塘中，经过系统调试和数据校准并正常运行后，于2016年3月开始进行实验，实验周期为3月15日至5月15日，每分钟测定一次各指标值，并通过GPRS进行传输。同时，根据海参养殖水质要求设置各指标最低报警值，其中，DO最低报警值设置为5 mg/L，并设置当DO下降到5 mg/L时充氧机自动开启进行工作，当DO恢复到5 mg/L以上时充氧机停止工作。

3结果与分析

3.1海参养殖周期水质月变化情况

3月15日-5月15日的主要参数变化情况见图2。3月间，由于荣成冷空气较多，水温波动较大，4月份水温变化相对平缓，5月份受降雨等春季天气多变的影响，水温波动也较大。受养殖周期温度持续升高的影响，浮游植物大量繁殖，光合作用逐渐增强，DO逐渐增加；但受天气的影响，3月中下旬和5月上中旬DO波动较大，在半夜或清晨出现了多次低于预警值的时间段。pH值和盐度S的变化较为平缓，但5月上旬由于雨水增多，大量雨水进入养殖池，使盐度S和pH值下降，池内酸性升高，当雨水减少后受养殖池内浮游植物等的影响pH又重新升高。总体来说，本次实验养殖池塘水体的pH值在正常范围内波动。

3.2水质日变化情况

选取5月4-6日进行水质日变化情况分析，其中5月4日为晴天，5日阴天，6日当地开始降温并伴随强降雨天气。结果（图3）显示，5月4日水温为15.0～17.4℃，温差2.4℃；5月5日水温为16.0～16.5℃，温差0.5℃；5月6日水温为15.6～18.1℃，温差2.5℃。日间水温高，夜间水温低。

5月4-6日，各天的溶解氧变化范围分别为4.60～7.37、5.83～6.87、4.73～7.48 mg/L，平均值分别为（5.92±1.01）、（6.36±0.33）、（6.27±0.79） mg/L。DO的变化均呈日间高夜间低的趋势，无论天气状况如何，峰值一般出现在12-16时，而低值出现在0-5时。4-6日共出现两次DO过低预警，分别为4日凌晨1时以及6日5时许，两次预警后自动增氧机都正常开启工作，且均在1～2 h后DO开始逐渐恢复正常。

pH值的变化较为稳定，3天内的变化范围为7.9～8.3，平均值为8.17±0.08；只在6日降雨时由于雨量的增加出现一定程度的下降，当降雨停止后在浮游植物的调节下pH又重新升高。盐度S的变化范围为26.73～28.97，平均值为28.13±0.43，变化幅度也较小，同样由于降雨的影响6日10时至16时有所下降。

4讨论与结论

使用基于物联网的小型太阳能浮标式监测系统可以及时有效地获取养殖池塘的水质环境指标，了解各项指标的全天候变化特征，可以为调节水质状况、了解池塘水质变化规律、预测水质变化趋势、提高监测水平的精确性和可靠性以及为日后研究池塘养殖水体环境因子变化的影响因素提供有效的基础信息。通过预警系统，针对突发事件及时反应，采取有效措施，避免造成严重后果。另外，使用该系统可以有效降低劳动成本和工作强度，提高劳动效率，实现节能减排，提高水产品质量。

通过对小型太阳能浮标式水质监测系统的监测数据进行分析，可以直观反映出养殖池塘水体中各项水环境指标的变化规律，能够有效指导海参池塘养殖与水质调控。正常天气条件下，温度和DO日间高夜间低，遇到恶劣气候条件时，如降雨、降温，DO、pH、S等指标均会不同程度的降低。在本次实验周期（3月15日-5月15日）内，温

各水质监测指标的日变化度和DO逐日升高，受天气影响，当天气恶劣时，如冷空气较多的3月份和雨季中的波动较大。但值得注意的是，在天气晴朗的条件下，受光照的影响下午升温较快，造成水温温差较大；阴天条件下，由于水体的保温作用，温差反而较小。所以在今后的生产过程中，除关注极端天气外，晴朗天气下造成的水温差异也需引起关注。pH和S在雨季时有明显降低的趋势。降雨持续时间过长或极端天气带来的暴雨会导致养殖池内水体分层，不利于DO的交换，造成底层DO较低；同时大量雨水的进入还会导致S和pH值出现较大幅度下降。因此，在海参池塘养殖过程中，雨季来临时除关注DO外，还需着重关注S和pH值的变化情况。相较于传统养殖模式，基于物联网的水质监测系统能够及时、准确地监测到水质变化，可以有效避免因此导致的海参大面积死亡。

结合实际生产分析本次实验日变化中两次出现低氧情况的原因发现：第一次低氧发生在养殖池塘换水前夕；第二次低氧出现时正值降雨期间，气压低加之浮游植物的光合作用减弱，导致DO过低。因此，智能化的物联网控制系统可以有效避免突发性缺氧造成的危害，并且管理者可以根据数据结果采取合理的管理措施。本次实验中设置启动自动增氧机的DO浓度为5 mg/L，通过实验发现当养殖水池中DO低于5 mg/L之后，虽然增氧机马上开始工作，但要使DO上升到正常范围内有时间延迟，所以今后应将增氧机自动开启的DO设置值相应提高，可更加有效地避免养殖生物因缺氧而死；另外在实际生产中，不同养殖密度、养殖规模也会对水质产生一定影响，因此，应根据实际需要设置和监控水质情况，从而有效提高此类小型水质监测系统的工作效率和效果。参考文献：

[1]李道亮， 王剑秦， 段青玲，等. 集约化水产养殖数字化系统研究[J]. 中国科技成果， 2008（2）：8-11.

[2]曾洋泱， 匡迎春， 沈岳，等. 水产养殖水质监控技术研究现状及发展趋势[J]. 渔业现代化， 2013（1）：40-44.

[3]杨琛， 白波，匡兴红.基于物联网的水产养殖环境智能监控系统[J]. 渔业现代化， 2014（1）：35-39.

[4]么强， 赵海涛， 李雪梅. 物联网技术在海洋渔业中的应用[J]. 河北渔业， 2011（1）：54-55.

[5]Pierce F J， Elliott T V. Regional and on-farm wireless sensor networks for agricultural systems in Eastern Washington[J]. Computers & Electronics in Agriculture， 2008， 61（1）：32-43.

[6]López M， Martínez S， Gomez J M， et al. Wireless monitoring of the pH， NH+4 and temperature in a fish farm[J]. Procedia Chemistry，2009， 1（1）：445-448.

[7]Zhu X， Li D， He D， et al.