海洋科学  2018, Vol. 42 Issue (8): 56-61   PDF    
http://dx.doi.org/10.11759/hykx2018041001

文章信息

张晓芳, 李明智, 王仁海, 刘学民, 赵伟东, 赵德辉, 王犇, 张铎巍, 丁梦豪. 2018.
ZHANG Xiao-fang, LI Ming-zhi, WANG Ren-hai, LIU Xue-min, ZHAO Wei-dong, ZHAO De-hui, WANG Ben, ZHANG Duo-wei, DING Meng-hao. 2018.
虾夷扇贝天然苗种筛选装置的研究与应用
Research and application of a screening device for natural seedlings of the scallop Patinopecten yessoensis
海洋科学, 42(8): 56-61
Marine Sciences, 42(8): 56-61.
http://dx.doi.org/10.11759/hykx2018041001

文章历史

收稿日期：2018-04-10
修回日期：2018-06-19
引用本文
张晓芳, 李明智, 王仁海, 刘学民, 赵伟东, 赵德辉, 王犇, 张铎巍, 丁梦豪. 2018. 虾夷扇贝天然苗种筛选装置的研究与应用[J]. 海洋科学, 42(8): 56-61.
ZHANG Xiao-fang, LI Ming-zhi, WANG Ren-hai, LIU Xue-min, ZHAO Wei-dong, ZHAO De-hui, WANG Ben, ZHANG Duo-wei, DING Meng-hao. 2018. Research and application of a screening device for natural seedlings of the scallop Patinopecten yessoensis[J]. Marine Sciences, 42(8): 56-61.
虾夷扇贝天然苗种筛选装置的研究与应用
张晓芳1, 李明智2, 王仁海3, 刘学民4, 赵伟东4, 赵德辉4, 王犇2, 张铎巍2, 丁梦豪2     
1. 獐子岛集团股份有限公司, 辽宁 大连 116001;
2. 大连海洋大学 航海与船舶工程学院, 辽宁 大连 116023;
3. 长海县经济和科技信息局, 辽宁 大连 116500;
4. 长海县渔政管理所, 辽宁 大连 116500
收稿日期：2018-04-10；修回日期：2018-06-19
基金项目：国家贝类产业技术体系项目; 辽宁省高等学校科学研究项目
作者简介：张晓芳(1979-), 女, 山东莱州人, 硕士, 主要从事海水养殖研究、科研项目管理, 电话: 0411-39016238, E-mail: xiaofang8318@126.com.
通信作者：李明智, 通信作者, 电话: 0411-84762176, E-mail: limingzhi@dlou.edu.cn.
摘要：随着贝类底播增养殖产业的迅猛发展, 为保证底播贝苗的成活率, 养殖企业对天然苗种更加重视。天然苗种采用中间育成方法, 需要对苗种进行筛选作业, 但目前筛选作业仍以人工作业为主, 存在作业效率低、劳动强度大等问题。作者通过对大连地区虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)天然苗种筛选作业调研的基础上, 设计了满足生产实际需求的扇贝苗种筛选装置, 可实现3种规格贝苗的筛选作业。试验分2阶段进行, 第1阶段对影响筛选准确性的因素进行正交分析于验证, 确定了最佳工艺参数; 第2阶段在大连旅顺进行的生产性对比试验得出, 机械筛选的平均准确率为91.33%, 误差率低于10%, 且5组筛选结果无显著性差异(P＞0.05);同时机械筛选的平均作业效率为80 g/(人/min), 约为人工筛选作业效率的8倍。由此说明扇贝苗种筛选装置具有较高的准确性、稳定性和高效性, 具有推广应用价值。
关键词：筛分    天然苗种    虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)    筛网分选机构    
Research and application of a screening device for natural seedlings of the scallop Patinopecten yessoensis
ZHANG Xiao-fang1, LI Ming-zhi2, WANG Ren-hai3, LIU Xue-min4, ZHAO Wei-dong4, ZHAO De-hui4, WANG Ben2, ZHANG Duo-wei2, DING Meng-hao2     
1. Zhangzidao Group Company Limited, Dalian 116011, China;
2. Dalian Ocean University, College of Navigation and Shipbuilding Engineering, Dalian 116023, China;
3. Economic and Technological Information Bureau of Changhai, Dalian 116500, China;
4. Fishery Management of Changhai, Dalian 116500, China
Received: Apr. 10, 2018
Foundation: Supported by National Shellfish Industrial Technology System(CARS-48); Supported by Education Scientific Research Project of Liaoning Province (DL201706)
Abstract: With the rapid development of bottom breeding technology, breeding enterprises are paying more attention to natural seedlings to ensure the survival rate of the bottom seedlings. The natural breeding method involves the intermediate breeding method and requires screening of the seedlings. Based on the investigation of the screening of natural seedlings of scallops in Dalian, a screening device was designed that enabled screening of three types of scallop seedlings. The experiment was conducted in two phases. In the first phase, the orthogonal experiment analyzed the critical influencing factors of the statistical accuracy of screening and determined the optimum technological parameters of the screening device for scallop seedling. In the second phase, based on the actual production situation, the average accuracy rate of mechanical screening was found to be 91.33%, and the error rate was < 10%. No significant difference was observed between the screening results of the five groups (P > 0.05). The operating efficiency was 80 g/(person/min), which was approximately eight times the efficiency of manual screening operations. These results confirmed the high accuracy, stability, and efficiency of the scallop seedling screening device, indicating its potential for promotion and application.
Key words: Screening    natural seedling    Patinopecten yessoensis    screening device    

随着贝类底播增养殖产业的迅猛发展[1], 为保证底播贝苗的成活率, 养殖企业对苗种的质量要求更高。目前底播苗种的来源主要有人工苗种和天然苗种。李文姬等[2]研究表明, 人工育苗往往采取各种措施以追求单位水体高出苗量和高育成率, 故培育出来的稚贝在自然海区适应环境能力弱。而天然苗种浮游阶段生活在条件相对恶劣的大海中经历了自然淘汰, 优良个体存活下来, 在养殖过程中对环境的耐受力、抗逆性强[3-5]。因此, 利用虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)天然苗种进行底播增养殖, 对该产业持续健康发展的具有重要意义。天然苗种底播增养殖前需要进行中间育成, 即将天然苗种养殖至3 cm, 在该养殖过程中需要进行多次的贝苗筛选和疏密作业。目前贝苗的筛选作业主要依靠人工完成, 存在劳动强度大、用工量多、贝苗干露时间长等问题。方晓燕等[6]设计了一种扇贝震动分级机, 处理尺寸为2.5~12 cm, 但单位处理量有限, 实际应用受限; 李明智等[7]针对虾夷扇贝苗种海上抽样分级计数过程用工量大、劳动强度高、工作效率低、误差高等问题, 设计了能够适应海上分级计数需求的贝苗分级计数装置, 但处理贝苗尺寸为2.5 cm以上贝苗, 不适用于较小贝苗的筛选。因此, 研发一种高效合理的天然苗种筛选装置对推动虾夷扇贝增养殖产业发展具有重要意义。

1 装置组成和工作原理 1.1 装置组成

该虾夷扇贝苗种筛选装置主要由筛网驱动机构、进苗装置、杂质去除装置、筛选机构、贝苗收集机构和供水系统等组成。其中筛网驱动机构主要由电机、偏心曲臂机构等组成, 其作用是带动筛网运动, 进而完成贝苗的筛选作业; 进苗装置主要由调节支架、喷水管和进苗槽组成, 其中调节支架可调节进苗槽的倾斜角度, 喷水管射流推动进苗槽内的贝苗下落, 实现了低扰动进苗; 杂质去除装置主要由过滤网、溢流口和隔栏3部分组成, 其中过滤网的目的是筛选苗种中大体积的杂物, 溢流口可实现浮杂的排除, 隔栏设置于初级筛网和次级筛网之间, 其目的是拦截海藻等杂物; 贝苗筛选机构主要由2种不同规格的筛网组成; 供水系统分别为进苗装置、筛选机构和贝苗收集机构供水, 确保整个筛选过程贝苗始终处于水中, 降低筛选过程中的机械损伤和避免贝苗干露。

图 1 扇贝苗种筛选装置结构示意图 Fig. 1 Structure diagram of the screening device for scallop seedling
图选项
1.2 工作原理

贝苗筛选工作前, 根据扇贝苗种的大小, 选择初级筛网和次级筛网的网孔规格, 并铺设到筛网支架上。启动动力装置和喷水管, 调节变频装置以控制筛网往复运动速度, 将扇贝苗种放入进苗槽中, 喷水管的水流将进苗槽中的扇贝苗种带到过滤网上, 大体积杂质被去除, 之后下落至初级筛网, 在筛网往复运动下, 小规格的贝苗下落至小苗收集箱; 中级苗种在筛网往复运动和水流作用下进入次级筛网, 该过程中海藻等漂浮杂物被隔栏拦住, 经筛选后中级苗种进入到次级筛网存储箱内; 大规格苗种经过筛网组后进入大规格苗种收集槽中。

图 2 扇贝苗种筛选装置工作流程示意图 Fig. 2 Flow chart of the screening device for scallop seedling
图选项
2 材料与方法

试验所用虾夷扇贝苗种选至旅顺海区采到的天然苗种。贝苗筛选规格分别为3、3~5、5 mm以上, 规格划分符合虾夷扇贝天然苗种中间育成基本要求[8-10]。

试验方法:试验分2阶段进行, 第1阶段进行扇贝苗种筛选装置结构参数论证试验; 第2阶段进行生产性对比试验。

第1阶段:由初步单因素影响试验确定影响贝苗筛选准确性的关键因素为贝苗单位时间投入量、筛网孔径增量、筛电机转速、筛面与水平方向夹角。根据实际工作需求, 确定其参数范围分别为:贝苗单位投入量(4~6)kg/min, 筛网孔径增量(–1~1)mm, 筛选电机转速(130~150)r/min, 筛网与水平方向夹角为(10~20)°。建立4因素3水平的正交试验设计[11], 如表 1所示, 确定装置的最佳组合结构参数。

表 1 筛选正交试验的因素及水平 Tab. 1 Factors and levels of the screening orthogonal experiment
水平 因素
贝苗单位投入量(A)/ (kg/min) 筛网孔径增量(B)/ mm 筛选电机转速(C)/ (r/min) 筛网与水平方向夹角(D)/ °
1 4 –1 130 10
2 5 0 140 15
3 6 1 150 20
表选项

第2阶段进行生产性试验, 试验地点为大连旅顺双岛。试验利用作者设计的扇贝苗种筛选装置对3种规格的贝苗进行筛选, 然后对试验结果进行分析。该试验历时5 d, 按照第1阶段的最佳筛选作业参数, 共完成5组生产性试验, 每组重复3次筛选。待筛选作业完成后, 从每个规格的筛选箱内抽取100个贝苗样本进行尺寸测量和破损率检查, 并统计筛选作业效率。筛选准确率、破损率和作业效率计算公式分别为:

$ {{\eta }_{1}}=\left( 1-\frac{{{N}_{W}}}{N} \right)\times 100 \%，{{\eta }_{2}}=\frac{{{N}_{P}}}{N}\times 100 \%, {{\eta }_{3}}=\frac{N}{t\cdot n}\times 100 \% $

式中, Nw为每个抽标样本中不符合规格的贝苗数量; Np为每个抽标样本中破损的贝苗数量; N为贝苗筛选抽标样本数量; t为筛选作业时间; n为作业人数。

3 结果与分析 3.1 最佳筛选工艺参数确定

从因素水平表 1看, 建立4因素3水平, 选用和L9(43)[12]的正交表。采用SPSS20对正交试验进行极差分析, 极差分析结果见表 2。表中, ki为各因素在i水平下的平均筛选纯度ki=Ki/n(式中Ki(i=1、2、3、…、n)为各因素在i水平下的分选纯度和), R为各因素的极差。

表 2 筛选正交设计L9(43)试验结果 Tab. 2 Screening results of orthogonal design L9(43)
试验编号 因素 平均筛选准确性(%)
贝苗单位投入量A 筛网孔径增量B 筛选电机转速C 筛网与水平方向夹角D
1 3 2 3 1 88.12
2 3 3 1 2 87.68
3 2 1 3 2 88.19
4 2 3 2 1 89.33
5 2 2 1 3 91.12
6 1 3 3 3 90.39
7 1 1 1 1 89.97
8 3 1 2 3 87.96
9 1 2 2 2 91.31
k1 90.557 88.707 89.590 89.140
k2 89.547 90.183 89.533 89.060
k3 87.920 89.133 88.900 89.823
极差R 2.637 1.476 0.69 0.763
最佳方案 A1 B2 C1 D3 A1 B2 C1 D3
表选项

由表 3可知, 最佳工艺参数组合为A1 B2 C1 D3, 即筛选贝苗投入量4 kg/min, 筛网孔径增量为0 mm, 筛网电机转速130 r/min, 筛面与水平方向夹角20°; 各因素对贝苗筛选机构影响次序依次为:筛选贝苗投入量 > 筛网孔径增量 > 筛面与水平方向夹角 > 筛网电机转速。

表 3 筛选工艺参数验证结果 Tab. 3 Screening results of the counting process parameter
试验编号 计数准确率(%)
1 91.35
2 91.67
3 92.11
平均值 91.71
表选项
3.2 验证试验

为验证最佳工艺参数组合的合理性, 对筛选装置最佳工艺参数组合A1 B2 C1 D3作3次验证性试验, 结果见表 3。由表可知, 筛选准确率均高于目前已作的筛选装置工艺参数组合的最高准确率, 说明正交试验选出的工艺参数合理。

3.3 生产性对比分析

如图 3所示, 第2阶段分别进行人工筛选和机械筛选生产性对比试验。通过对比试验得出, 机械筛选在提高作业效率、降低劳动强度方面效果显著, 且筛选后贝苗规格能够满足生产实际需求。

图 3 扇贝苗筛选生产性对比试验 Fig. 3 Contrast test of screening production for scallop seedling
图选项
3.3.1 作业效率对比分析

如表 4所示, 在筛选4 kg贝苗时, 人工需要4人同时完成(为完成2种规格贝苗筛选, 需要每人重复筛选2次), 作业时间约为20 min, 作业效率约为50 g/(人/min), 且劳动强度高; 而采用机械筛选, 仅需1人即可完成, 作业时间约为10 min, 作业效率约为400 g/(人/min), 约为人工筛选的8倍, 且劳动强度大幅提高。

表 4 人工与机械筛选作业模式对比 Tab. 4 Effect comparison for screening of manual and mechanical
筛选模式 筛选量/kg 作业人数/个 作业时间/min 作业效率/(g/(人/min)) 劳动强度
人工 4 4 20 50 高
机械 4 1 10 400 低
表选项
3.3.2 筛苗装置筛选效果分析

选取直径为3 mm和5 mm筛网的情况下机械筛选后的效果如图 4所示, 筛选准确率如图 5所示。

图 4 扇贝苗种筛选装置筛选效果对比 Fig. 4 Comparison of screening effect of the screening device for scallop seedling
图选项

图 5 扇贝苗种筛选装置筛选准确率 Fig. 5 Accuracy of the screening device for scallop seedling
图选项

如图 5所示, 通过5组生产性对比试验, 小规格贝苗筛选的准确率为91.33%, 中规格贝苗的筛选效率为91.73%, 大规格贝苗的筛选效率为90.98%, 平均筛选准确率约为91.33%, 且3种规格贝苗的筛选准确率无显著差异(P > 0.05)。对于较小的扇贝苗种筛选而言, 在保证较高作业效率的同时, 其准确率低于10%, 基本上能够满足企业对于扇贝苗种的筛选需求。由于在筛选过程在水中进行, 故筛选过程未发现贝苗破损现象, 具有实际的生产价值。

4 结论

作者设计的扇贝苗种筛选装置, 采用水下筛选的作业模式, 有效地消除了机械装置对贝苗的损伤, 且采用了筛选前的大体积的杂物过滤网, 筛选中浮杂和海藻等杂质的清除, 有效地提高了筛选的清洁度; 通过对扇贝苗筛选装置的工艺参数的优化于试验, 最终确定筛选贝苗投入量4 kg/min, 筛网孔径增量为0 mm, 筛网电机转速130 r/min, 筛面与水平方向夹角20°时, 筛选准确性最佳且各因素对贝苗筛选机构影响次序依次为贝苗投入量 > 筛网孔径增量 > 筛面与水平方向夹角 > 筛网电机转速; 在大连旅顺进行的生产性对比试验得出, 机械计数的平均准确率为91.33%, 误差率低于10%, 且5组筛选结果无显著性差异(P > 0.05);同时机械筛选的平均作业效率为80 g/(人/min), 约为人工筛选作业效率的8倍。由此说明扇贝苗种筛选装置具有较高的准确性、稳定性和高效性, 具有推广应用价值。

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