课题：本文系2015年度广东大学生科技创新培育攀登计划一般项目《虾类养殖分层网箱》的理论成果。
摘 要：分层网箱，旨在通过人工分层，在减小同一池虾的单位密度的同时，使水层的资源利用最大化，加大总养殖数量，减小虾的发病率。网箱的设计同时考虑到饵料的投放以及虾粪的处理，使整个虾的养殖水质得到优化。对于水质要求极高的虾，该网箱能够在一定程度上保证虾的存活率。虾习惯生存在较为黑暗的地方，往往喜欢聚集在虾池下方，限制了虾养殖的密度。虾类养殖人工分层网箱旨在将水池中的水进行分层用来养殖虾，最大程度利用有效水资源，同时分层养殖减少了每层虾与虾之间的接触，实现单层虾群小单元化管理，进而减少了虾病的传播造成的财产损失，降低了养殖风险。与此同时，该网箱配套了投料设备、排污设备、等，将虾类养殖向机械化、半自动化养殖方向发展，提高了虾养殖的科学管理水平，减少了人工，提升了工作效率以及养殖效率。
关键词：人工分层 网箱 养殖密度 存活率
一、引言
（一）背景：蝦类养殖作为水产养殖中的重要组成部分，其产品具有高可食蛋白含量、易消化等较之鱼类优秀的商品性能。但我国目前的虾类养殖未形成如同国内鱼类养殖一般的集约化规模化养殖形式。根本原因，即一些企业盲目追求虾的养殖密度，企图以增加放苗密度来取得高产的错误养殖技术。
（二）目的：在常规养殖中，虾群一般在黑暗的池底生存，高密度堆积直接影响到了养殖质量。采用网箱的新养殖模式旨在将水池中的水进行人工分层，在最大程度上利用水资源，并且在降低了单层虾养殖密度的同时提升总养殖量，同时实现单层虾群小单元化管理，降低了养殖风险，进而减少了虾病的传播造成的财产损失。与此同时，该网箱配套了投料设备、排污设备等，将虾类养殖向机械化、半自动化养殖方向发展，提升了养殖户的工作效率以及养殖效率。
二、项目设计
（一）项目描述：虾类养殖分层网箱，旨在通过人工分层，在减少单层虾养殖密度的同时，使水层的资源利用最大化。网箱的设计同时考虑到饵料的投放以及虾粪的处理，使整个虾的养殖水质得到优化，减小虾的单位以及串联发病率。
（二）设计方法：选定产品的可靠性指标及量值，对可靠性指标进行合理的分配，再把规定的可靠性指标设计到产品中去。通过不断地实验研究所得的数据不断完善，最终得到成品。
三、网箱设计
（一）材料的选取：
1、箱体材料：奥氏体铬镍不锈钢
奥氏体铬镍不锈钢中含有大量的Ni和Cr，使钢在室温下呈奥氏体状态。由于奥氏体铬镍不锈钢无磁性，具有良好的耐蚀性，能够很好地适应水下变化的复杂环境。与此同时其易于施以锻造、轧制、热穿孔和挤压等热加工，便于批量式工厂化生产。
2、料槽、留水层、污粪集中层：
有机玻璃（PMMA）
相对于陆地环境，养殖户也更不容易直观接触，养殖户更多采用视觉接触来指导管理水下环境。此时就要求设备在保证稳定性的条件下，应具有良好的透光性。
有机玻璃具有比一般玻璃还要高的透明度，在洁净水中可以清楚看到其内部情况。并且有机玻璃具有极高强度的稳定性，且易于机械加工。不仅如此，其轻便的重量也有利于养殖户搬运，方便操作。
3、隔离膜：合成纤维（60目筛）
以聚乙烯和尼龙为主要材料，构建合成纤维网筛用作隔离膜材料。根据筛网目数（mesh/inch）和筛网孔径（um）之间的关系，选择隔离膜进行虾粪的落沉。
该种合成纤维具有较好的稳定性以及耐磨性，起到延长网箱整体使用寿命的作用。
4、管道：PVC管
PVC（全名Polyvinylchlorid），主要成份为聚氯乙烯。
其具有较好的抗拉、抗压强度，耐腐蚀、耐药性优良。同时不会挥发有害物质，不受潮湿水份的影响，具有很好的水密性。
在网箱构建中，管道的作用在于冲刷虾粪。PVC管流体阻力小，在节省动力，在网箱设备良性运转上做出了极大贡献。
（二）总体结构示意图
目前虾的集约化养殖的养殖池考虑到后期的操作性简便以及虾的养殖活性，决定可根据水深设置分层为三层，包括饲料投放装置（蓝色图示意），隔离膜（橙色图示意）以及排污装置（红色图示意，含曲线弯折式污粪集合管道，黑色示意），养殖空间（空白区示意）。
如图所示：网箱含底部支架，可根据实际情况调整高度）。网箱在幼虾时即可进行分层培养，网格大小根据幼虾大小有不同设计，商家可根据所需进行选取。
（三）分层结构示意图：虾笼主要分为三层，此处单取一层以作详解。
如图所示，单层虾笼主要包括五部分：出口（可抽拉式基层水箱）、喂食（饲料投放装置）、排污（虾、粪隔离膜，污粪集中层，污粪集合管）、储水（基层水箱）、饲养区。
1、出口：
即基层水箱，采用可抽拉式。在设计时为方便每一层基部水箱的独立操作性我们特在每层污粪集合管横管两端设置阀门，在基层水箱上设置门卡。平常利用网箱外的一只门卡固定，需要抽出时需先关闭单层两端阀门后卸下竖管，然后再放掉门卡，基部水箱即可自由取出。
2、喂食：
根据虾的抱料取食的习惯，采用人工管道投料的方式将虾料投入网箱内的食槽，以防虾料直接落入污层.此方法能够在一定程度上减轻饲养员的工作强度，并提高饲料的取食效率以及使用效率，保证了虾生长所需的食物充足。
3、排污：
主要采用隔离的方式，在养殖区与污粪区之间加一层隔离膜，可以使污粪落到下层，与虾的生活区分离，这有利于疾病的防御。因为污粪集中层是倾斜式的，所以将污粪集合管镶嵌在其倾斜端底部的边缘，与污粪区接触的截口形成通道，借助倾斜角度，将污粪运送到污粪集合管中排出，将废物运送到排污口，通过循环式水流及时带走进入管道的虾粪。此设计简易了虾笼的清扫工作，节约人力资源。
4、留水：
在换水检查的过程中，为了降低虾的应激反应造成的伤害，所以在虾笼底部设计一个留水层，要保证水层高度高于虾层一定高度，这有利于检测和捞出死虾，并为活虾提供生命必需的水环境。（注：换水检查前，需先将污粪集合管的阀门关闭，堵住水流以达储水目的。）
5、饲养区：
在区域周围设有网栏，在保证虾群活动空间的同时照顾到水的流通性，尽可能净化饲养区中的水环境。当然饲养员也需要经常检测水质，及时换水，在根本上以保障虾的健康成长
（四）饲料投放结构示意图
虾料投放应符合以下原则：饲料均匀投放到虾笼里；尽量减少虾料的损失；省时省力。在虾的笼养殖中，饲料投放面临很多问题。首先，由于分层养殖且养殖环境在水下，下层虾饲料不能直接投放；其次由于虾粪隔离膜的存在，虾料不能一次性肆意投放，以免导致虾料大量损失。针对以上饲料投放面临的问题和挑战，我们设计了合理的饲料投放工艺和设备，如图所示。
每层虾笼有单独的投料管，料管开口在水面上，下端从虾笼顶端插入虾笼，尾端设计一个弯道出口，使得因重力下落的饲料能够通过抛物线的轨迹较为均匀的铺洒在整个饲料槽中。在蝦料落入食槽后，虾会到这个地方取食后抱食离开，下一批虾进入取食。同时这个饲料槽兼具有聚集、隔板的效果，不仅能够使得饲料集中，减少混入水中影响水质，还可以减少饲料落入隔离膜进而造成大量不必要的浪费，加大了饲料的利用效率，提高单产价值。
（五）污粪处理结构示意图
传统养虾的散养模式中，虾粪得不到任何的收集处理，很容易污染养殖池的水质，增大虾的发病率。本产品所设计的虾粪排污系统将会很好的降低这些问题的发生。
本产品将虾养殖网箱分为三层，每层均设有污粪集中层（如图中红色区域所示），在网箱的周围还设计有污粪集合管。
排污系统细节介绍
1、虾污粪集中层的顶部为细小网状隔离膜，底部及四周利用封闭式的有机玻璃制成。
设计理念：每一层网箱中虾的粪便沉降到污粪集中层，使虾粪与虾活动区分层隔开。这样的设计很好的降低了污粪对于养殖池水质的影响，避免了虾与粪便的直接接触，减小了虾的发病率。
2、污粪集中层的底板倾斜向一个面，并在倾斜端底部留有污粪排出口。
设计理念：倾斜式的污粪集中层有利于虾粪随倾斜面汇集到污粪集合管中。并方便在后期清理虾养殖网箱时，将每一层网箱的清洗污水通过集合管进行统一处理，减少环境污染，方便快捷。
3、在污粪集中层的倾斜面，设置污粪集合管（管径视养殖密度而定）经弯折式贯穿三层网箱，每一层网箱的污粪集中层与集合管有相应的接通口面。同时，污粪集合管末端，其总出口设置在养殖池排水管，可伴随排水的水流进行排污。
设计理念：每一层网箱的污粪都汇集到此管道中进行统一处理，是为了尽可能的降低或避免污粪对于养殖池环境及水质的影响。而单独的污粪处理出口设计是为了是为了将污粪有效的集中起来方便对其进行无公害处理，减轻污粪对于环境的污染，做到相应的环境保护。
4、为配合虾的捕捞与检查，我们将污粪集中层和留水层结合为一体，与网箱脱离。这样半封闭式下层可以抽拉出来，在保证水量充足的情况下，方便检查。
使用说明：当把阀门关闭时，污粪集合管的水将不能够流出。此时将网箱外水放光，可以在储水层和污粪集中层中留下水。这种适时关闭，能够保证储水层的水量，在挑虾的过程中依然能够保持虾的存活。
四、设计应用
（一）设计应用环境：该产品适用养虾模式为超精养模式，配套使用于在陆地修建的方形水泥池，面积一般在500～2000平方米，能自动排污，充气，常流水，日换水量可达100～300%。超精养方式的放养密度大，设计产品整个设计理念契合该种养殖模式。
（二）创新点：该设计产品，巧妙结合当代对虾的养殖现状，做出的一系列改善，主要如下：
1.减小同层间虾的养殖密度，降低养殖密度，减少发病率。
2.养殖分层，使水资源利用最大化，降低单位养殖密度的同时，增大总体养殖量。
3.虾粪分离，尽可能减少虾体与粪便的直接接触，减少病害发生。
4.独立储水技术，养殖员进行常规虾检查时保证虾的存活状态清楚呈现。同时产品配备门卡与阀门，具有单层抽离的独特优势，方便快捷。
5.独有的饲料投放技术。以往的虾饲料往往与粪便混合在一起，保障低，现今的投放饲料的方式，能够在确保饲料利用最大化的同时，将污染降至最小。
（三）展望
虾类养殖人工分层网箱具有设备化、易操作化的性能优势，符合我国虾类养殖未来的发展方向，对虾类形成规模化养殖有一定辅助作用。并且对于大规模养殖公司来说，将网箱批量投入生产也能够更加降低前期设备投入，获得长期未来收益，这对于公司经济成本的节约与总效益的提高都具有良好的意义。总而分析该产品具有良好的发展未来，是一个值得投资运作的水产业设备化产品。
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作者简介：王久乐，华南农业大学2012级水产养殖专业本科生；朱靖雄、刘超群，华南农业大学2011级动物科学专业本科生；林玥、刘俊杰，华南农业大学2013级水产养殖专业本科生；李忠慧，华南农业大学2012级动物生物技术专业本科生；甘炼，博士，华南农业大学水产养殖系教师。
