氣泡幕對大瀧六線魚的阻攔效果

馬丁一，邢彬彬、2，齊雨琨，周景宇，莊鑫，張國勝、2

（1.大連海洋大學海洋科技與環(huán)境學院，遼寧大連116023；2.大連海洋大學遼寧省海洋牧場工程技術(shù)研究中心，遼寧大連116023）

?

氣泡幕對大瀧六線魚的阻攔效果

馬丁一1，邢彬彬1、2，齊雨琨1，周景宇1，莊鑫1，張國勝1、2

（1.大連海洋大學海洋科技與環(huán)境學院，遼寧大連116023；2.大連海洋大學遼寧省海洋牧場工程技術(shù)研究中心，遼寧大連116023）

摘要：為研究氣泡幕在驅(qū)趕、聚集和阻攔大瀧六線魚Hexagrammos otakii中的作用，在室內(nèi)水槽中進行了壓縮空氣壓力為0.04 MPa，孔徑為1.0、2.0 mm，孔距為2.5、5.0 cm交互組合的4種不同密集程度的固定氣泡幕對大瀧六線魚的阻攔效果試驗。結(jié)果表明，4種氣泡幕對大瀧六線魚均具有較為明顯的阻攔作用，其中孔徑為1.0 mm與孔距為2.5 cm組合的氣泡幕阻攔效果最好，平均阻攔率為53.2%，試驗魚第一次穿越氣泡幕所需要的平均時間為202.25 s。研究表明，氣泡幕對大瀧六線魚的阻攔效果較為明顯。

關(guān)鍵詞：氣泡幕；氣泡幕密度；大瀧六線魚；阻攔效果

長期的海上漁業(yè)生產(chǎn)實踐表明，氣泡幕可以用于驅(qū)趕、聚集和阻攔魚群。20世紀中后期，有學者研究表明，由管子內(nèi)通出的壓縮氣泡墻能阻止魚群的游動［1-6］，利用氣泡上升的振動發(fā)聲將魚群驅(qū)趕在一處，以達到聚集魚群的目的。Леκсуκин等［3］的研究表明，適宜孔距產(chǎn)生的氣泡幕具有較好的攔截作用，Κузнсцοв［4］的研究進一步證實了氣泡幕對魚類行為有著一定的影響。

國內(nèi)有關(guān)氣泡幕對魚類阻攔效果的研究起步相對較晚。劉理東等［6］研究了氣泡幕對某些淡水魚的阻攔效果。趙錫光等［5，7］從影響氣泡幕密度的孔徑、孔距和壓縮空氣壓力等方面研究了對黑鯛的阻攔作用。陳勇等［8］研究了不同密度的固定氣泡幕對紅鰭東方鲀的阻攔效果。對大瀧六線魚Hexagrammos otakii的氣泡幕阻攔試驗尚未見報道。

大瀧六線魚為中國北方重要的經(jīng)濟魚種，屬于近海冷溫性底層魚類［9］，習慣在自然海區(qū)礁石多的地方棲息。目前，對大瀧六線魚的捕撈主要用魚籠誘捕和底拖網(wǎng)方式，這對巖礁性魚類無法進行非常有效的捕撈，并且對海洋生境的破壞較大，如果能通過氣泡幕的驅(qū)趕作用聚集并捕撈巖礁性魚類，既可提高捕撈效率又可保護環(huán)境。為此，本研究中進行了氣泡幕對大瀧六線魚阻攔效果的研究，旨在為海洋牧場馴化、驅(qū)趕和捕撈大瀧六線魚提供一種可行的方法。

1　材料與方法

1.1材料

試驗魚為捕獲于大連市黑石礁海域的大瀧六線魚，體長為15～25 cm，于室內(nèi)水槽中暫養(yǎng)3 d。

1.2方法

1.2.1試驗設(shè)計 隨機取暫養(yǎng)3 d的正常個體80尾，分成4組，每組設(shè)4個重復，每個重復放5尾魚。4個試驗組魚的體長范圍和平均體長見表1，各組體長無顯著性差異 （P＞0.05）。分別用4種氣泡幕對4組試驗魚進行阻攔效果的試驗。

試驗均在水深為0.6 m的水槽 （長、寬、高分別為1.4 m×0.5 m×1.0 m）中進行，上方用日光燈照明。試驗期間，水溫為14～21℃。將氣泡幕管 （內(nèi)徑為15 mm的白色硬質(zhì)塑料管）固定放置在試驗水槽的中間底部，根據(jù)試驗要求，在其上設(shè)置不同的孔徑、孔距，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ種氣泡幕的孔徑/孔距分別為1.0 mm/2.5 cm、2.0 mm/2.5 cm、1.0 mm/5.0 cm、2.0 mm/5.0 cm。在水槽上方設(shè)置攝像機，用于記錄試驗過程中的魚類行為。

1.2.2氣泡幕的阻攔效果試驗 將試驗魚放入水槽適應(yīng)24 h后開始試驗。試驗前30 min不通氣作為對照組，然后通氣30 min，并記錄試驗數(shù)據(jù)。試

其中：PR為試驗魚穿越氣泡幕的通過率；NPA為通氣30 min內(nèi)通過氣泡幕的尾次數(shù)；NPC為通氣前30 min內(nèi)通過氣泡幕管上方的尾次數(shù)。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 17軟件對試驗數(shù)據(jù)進行雙因素方差分析。

表1　各組體長統(tǒng)計表Tab.1 Body length of fish in the experimental groups　cm

2　結(jié)果與分析

2.1試驗魚行為的變化

氣泡幕形成前，大瀧六線魚較為慵懶的在水槽底部隨機聚集，偶爾穿越水槽中線，未發(fā)現(xiàn)通氣管對魚類的行為有明顯影響。氣泡幕形成時，試驗魚的行為發(fā)生明顯變化，靠近氣泡幕區(qū)域的魚受到驚嚇竄到池壁角落附近靜止不動，無意接近氣泡幕。當試驗魚游到氣泡幕附近時，會改變游動方向或在氣泡幕前靜止不動，不穿越氣泡幕。隨著通氣時間的延長，開始有魚穿越氣泡幕，穿越時沒有固定位置。當穿越氣泡幕成常態(tài)后，聚集在氣泡幕附近的試驗魚多于兩側(cè)。

2.2氣泡幕的阻攔效果

表2為氣泡幕形成前后試驗魚通過水槽中間線每10 min的平均尾次數(shù)。由表2可見，4種不同密度的氣泡幕形成前后，試驗魚通過水槽中線（氣泡幕）的尾次數(shù)不同，即氣泡幕形成后魚通過中心線的尾次數(shù)小于形成前的尾次數(shù)，表明4種不同密度的氣泡幕對試驗魚均有阻攔作用，阻攔率見表3。

4種氣泡幕的平均阻攔率經(jīng)雙因素方差分析得出，F(xiàn)孔徑=7.13＞F0.01（3，24），F(xiàn)孔距＜F0.05（1，24），F(xiàn)交互＞F0.01（3，24），表明孔徑及孔徑與孔距的交互組合對大瀧六線魚的阻攔作用有極顯著性影響 （P＜0.01），而孔距對大瀧六線魚的阻攔作用無顯著性影響 （P＞0.05）。從表3可見，孔徑為1.0 mm、孔距為2.5 cm的氣泡幕Ⅰ對大瀧六線魚的阻攔率高于其他3種氣泡幕。

表2　氣泡幕形成前后試驗魚通過氣泡幕 （或中線）的平均尾次數(shù)Tab.2 Average number of fat greenling Hexagrammos otakii across the bubble curtains（middle line）before and after formation of bubble curtains　次

表3　不同密度氣泡幕對大瀧六線魚的平均阻攔率以及試驗魚第一次穿越氣泡幕平均時間的影響Tab.3 Effects of different density bubble curtains on blocking rate and on average first time through in greenling Hexagrammos otakii

本試驗觀察表明，大瀧六線魚在氣泡幕形成的最初階段，不敢穿過氣泡幕，此時，4種氣泡幕對其均具有一定的阻攔作用。但這一阻攔作用的時間較短，從開始通氣到試驗魚第一次穿越氣泡幕的時間間隔因氣泡幕密度的不同而有所差異 （表3）。當大瀧六線魚逐漸適應(yīng)了氣泡幕的存在后，阻攔效果就會減弱。通常認為，魚類對氣泡幕適應(yīng)越快，第一次穿越時間就會發(fā)生越早，同時阻攔率也相應(yīng)越低，第一次穿越時間與阻攔率成正比。從魚第一次穿越時間看，第Ⅱ種氣泡幕的效果最不穩(wěn)定。

本試驗中，第Ⅰ種氣泡幕的孔距、孔徑最小，第Ⅳ種氣泡幕的孔距、孔徑最大。在同等的空氣壓力下，孔徑越小，氣泡幕產(chǎn)生的速率越快，流場擾動越大；孔距越小，產(chǎn)生的氣泡幕越密集，視覺遮蔽擾亂效果越明顯；同等出氣量的情況下，孔徑小、孔距大時，氣泵造成的噪聲振動就大，反之振動就小。

氣泡幕單位時間內(nèi)排出的氣體體積 （V氣）與孔距、孔徑的關(guān)系式為

本試驗中使用同一臺氣泵，氣泵恒定壓力0.04 MPa，可以認為在單位時間內(nèi)，排除氣體的體積一定時，孔距2.5 cm的氣孔數(shù)量是孔距5 cm的一倍 （實際5 cm孔距氣孔數(shù)量設(shè)為n，則2.5 cm孔距氣孔數(shù)量應(yīng)為2n-1，但因氣孔較多，近1.5 m長管，近似認定為2n）。4種氣泡幕排出氣體速率比與排出氣體的橫截面比分別為

第Ⅰ種氣泡幕 （孔徑1.0 mm/孔距2.5 cm）氣泡產(chǎn)生速度較快，氣泡墻密集，造成的流場流速較快，氣幕管產(chǎn)生噪聲大，對魚的驚嚇強度高，故阻攔率最高 （53.2%），魚第一次穿越氣泡幕所需時間最長 （202.25 s）。

第Ⅱ種氣泡幕 （孔徑2.0 mm/孔距2.5 cm）氣泡產(chǎn)生速度最慢，產(chǎn)生氣體截面積最大，氣泡體積較大，氣泡墻最密集，噪聲相對較小，對魚的驚嚇程度較弱，在4種氣泡幕里，第Ⅱ種氣泡幕在水中視覺遮蔽效果最好，但對魚的阻攔率 （48.6%）和魚第一次穿越氣泡幕所需時間低于第Ⅰ種氣泡幕。

第Ⅲ種氣泡幕 （孔徑1.0 mm/孔距5.0 cm）氣泡產(chǎn)生速度最快，造成流場流速最快，排出氣體截面積最小，氣幕管噪聲最大，氣泡體積小，氣泡柱的距離長，導致氣泡墻疏散，故對魚的阻攔率最低 （37.1%），魚第一次穿越氣泡幕所需的時間較短。

第Ⅳ種氣泡幕 （孔徑2.0 mm/孔距5.0 cm）氣泡產(chǎn)生速度較慢，氣泡墻較為密集，氣泡體積較大，氣幕管產(chǎn)生的噪聲較小，但視覺上造成的氣泡墻面積比第Ⅲ種氣泡幕大，在短時間內(nèi)產(chǎn)生的阻攔效果較好。

3　討論

3.1不同密度氣泡幕產(chǎn)生的視覺影響及擾動流場

當塑料管上的孔徑較小時，產(chǎn)生氣泡時的壓力大，氣泡上升速度快且密集，產(chǎn)生明顯的環(huán)流流場，在試驗水槽的限定空間內(nèi)產(chǎn)生的擾動較為明顯；當塑料管上的孔徑由小變大時，產(chǎn)生的氣泡增大，產(chǎn)生氣泡時的壓力減小，氣泡上升速度減慢且變得稀疏，易受到水槽中原有流場左右搖動的影響［6］。如圖1所示，氣泡幕的產(chǎn)生在其兩側(cè)形成環(huán)流，水槽內(nèi)的環(huán)流為圖1-b中白色環(huán)形箭頭所示，產(chǎn)生的原因是氣泡幕使中間水域產(chǎn)生出空擋，下層水向中間補充，表層水又被氣泡推向兩側(cè)，從而產(chǎn)生環(huán)流。而在開闊的水域，產(chǎn)生的流應(yīng)該是圖1-b中黑色箭頭表示的流向。這種環(huán)流或是半環(huán)流都會被在其中的大瀧六線魚的側(cè)線感知，從而做出相應(yīng)的反應(yīng)，逃離或是靠近。這一狀態(tài)與陳勇等［8］在對紅鰭東方鲀的氣泡幕試驗情況類似。氣泡幕產(chǎn)生的截面，會對魚產(chǎn)生視覺遮蔽，水表面氣泡會出現(xiàn)短暫的停留后破裂，當氣泡產(chǎn)生的速率不低于氣泡破裂的速率時，水表面會出現(xiàn)一小片氣泡區(qū)域，對水面下一小片區(qū)域產(chǎn)生遮蔽，也會對試驗魚的視覺造成影響。

圖1　試驗水槽內(nèi)流場及氣泡幕視覺阻攔效果示意圖Fig.1 Eye-blocking effect picture of fluent field and bubble curtains in the flume

3.2氣泡幕對試驗魚行為的影響

本試驗過程中，大瀧六線魚的行為變化大致分為4個階段：第一個階段，未通氣時，試驗魚在試驗水槽內(nèi)隨機游動或聚集，其中在光較弱的地方聚集較多；第二個階段，在通氣的瞬間，基于生物趨利避害本能，試驗魚開始向兩側(cè)游動，通氣時水槽內(nèi)形成的環(huán)流、氣泡幕產(chǎn)生的視覺驚嚇、氣泡幕管的振動和產(chǎn)生的噪音，均對試驗魚產(chǎn)生影響，驅(qū)趕試驗魚遠離氣泡幕；第三個階段，在通氣一段時間后，試驗魚逐漸適應(yīng)氣泡幕的存在，并產(chǎn)生了第一次穿越行為；第四個階段，試驗魚向氣泡幕附近聚集，該行為在此前的研究中并未明顯發(fā)現(xiàn)。原因是氣泡幕產(chǎn)生時，在氣泡產(chǎn)生區(qū)域供給了充足的空氣，其中的氧氣成為試驗魚聚集的因素，以及試驗水槽比外環(huán)境海域淺很多，氣泡產(chǎn)生時在水表面產(chǎn)生了一片氣泡屏障，由于消光［10］影響，使之成為試驗魚避光的區(qū)域，這與試驗前大瀧六線魚會向光照較弱的地方聚集的行為相符合。

在陳勇等［8］的研究中，紅鰭東方鲀會隨機穿越氣泡幕，當適應(yīng)氣泡幕的存在后穿越也成為常態(tài)。而在本次試驗中，與紅旗東方鲀和黑鯛等［3-6］行為較為活躍的魚類相比，大瀧六線魚在習慣氣泡幕的存在后，在氣泡幕管附近聚集較多。

3.3氣泡幕的生物視覺遮擋效果

大瀧六線魚屬于底層魚類，在實驗室條件下，雖然可以減弱光對魚類的影響，但是并不能完全消除。在航運通訊等領(lǐng)域?qū)馀菽坏墓鈱W遮蔽效果研究較多，而在海洋生物視覺遮蔽上研究較少，這將是以后的研究重點。本試驗結(jié)果表明，氣泡幕對大瀧六線魚的阻攔率，遵循氣泡產(chǎn)生速率越快、驅(qū)趕效果越明顯的基本規(guī)律。原因在于氣泡產(chǎn)生越快，對周圍水環(huán)境擾動越大，對魚產(chǎn)生的視覺沖擊力和觸感壓迫力 （水流對魚類側(cè)線的壓力）越強；氣泡產(chǎn)生越快，塑料管產(chǎn)生的噪聲振動越強，對試驗魚的驚嚇程度就越大。

本試驗結(jié)果表明，4種氣泡幕對大瀧六線魚均具有較為明顯的阻攔作用，其中孔徑為1.0 mm與孔距為2.5 cm的組合產(chǎn)生的氣泡幕阻攔效果最好，平均阻攔率為53.2%。

氣泡發(fā)生時會對魚類產(chǎn)生刺激效果，使魚類產(chǎn)生逃逸行為以達到阻攔效果，而當魚類適應(yīng)了氣泡幕后，刺激效果減弱，隨后才有可能發(fā)生第一次穿越行為。故魚第一次穿越的時間可用于評價阻攔效果。然而氣泡幕產(chǎn)生時，刺激源是多方面的，如噪聲影響、視覺遮蔽、水質(zhì)子振動造成的側(cè)線觸覺壓迫等［11-12］，均能引起魚類的逃逸反應(yīng)。究竟哪一種影響作為主導驅(qū)趕魚類的因素，增加哪一種因素能夠提高氣泡幕對魚的阻攔和驅(qū)趕效果，將是今后的研究內(nèi)容。

參考文獻：

［1］普羅塔索夫.魚類的行為——魚類定向機制及其在捕魚業(yè)上的應(yīng)用［M］.何大仁，俞文釗，譯.北京：科學出版社，1984：39-49，214-222，259-260.

［2］Smith K A.Air-curtain fishing for marine sardines［J］.Con Fish Rev，1961，23（3）：1-14.

［3］Леκсутκин Α Φ，Сοκοлοв И Μ.Ореaκцнй рцσ вa зaвесу изпузцрσκοв вοздуχa［J］.Сσ Ηти Βнирο，1963（6）：38-53.

［4］Κузнсцοв Ю Α.Βлияние вοзэущнця зaвес нaпaведеvне рцσц ［J］.Ρцσиοе Χοзяйствο，1969（9）：53-55.

［5］趙錫光，何大仁，劉理東.不同孔距固定氣泡幕對黑鯛的阻攔效果［J］.海洋與湖沼，1997，28（3）：285-293.

［6］劉理東，何大仁.五種淡水魚對固定氣泡幕反應(yīng)初探［J］.廈門大學學報：自然科學版，1988，27（2）：214-219.

［7］趙錫光，何大仁.幾種孔徑氣泡幕對黑鯛的阻攔作用［J］.廈門大學學報：自然科學版，1989，28（1）：83-87.

［8］陳勇，張沛東，張碩，等.不同密度固定氣泡幕對紅鰭東方鲀的阻攔效果［J］.大連水產(chǎn)學院學報，2002，17（3）：234-239.

［9］劉蟬馨，秦克靜.遼寧動物志——魚類［M］.沈陽：遼寧科學技術(shù)出版社，1987：377-396.

［10］馬治國，王江安，余揚，等.水下氣泡幕消光特性研究［J］.激光技術(shù)，2009，33（1）：18-20.

［11］馮春雷，李志國，黃洪亮，等.魚類行為研究在捕撈中的應(yīng)用［J］.大連水產(chǎn)學院學報，2009，24（2）：166-170.

［12］喬云貴，黃洪亮，陳帥，等.氣泡幕在魚類行為研究中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代漁業(yè)信息，2011，26（12）：29-32.

中圖分類號：S973.4

文獻標志碼：A

DOI：10.16535/j.cnki.dlhyxb.2016.03.015

文章編號：2095-1388（2016）03-0311-04

收稿日期：2015-11-18

基金項目：農(nóng)業(yè)部重點實驗室開放課題 （2014-MSENC-KF-13）

作者簡介：馬丁一 （1989—），男，碩士研究生。E-mail：943916052@qq.com

通信作者：張國勝 （1960—），男，博士，教授。E-mail：hyx-zhang@dlou.edu.cn驗完成后，讀取攝像記錄并統(tǒng)計試驗數(shù)據(jù)。氣泡幕的阻攔效果用阻攔率（OR）表示，其計算公式為

Blocking effect of bubble curtains on fat greenling Hexagrammos otakii

MA Ding-yi1，XING Bin-bin1，2，QI Yu-kun1，ZHOU Jing-yu1，ZHUANG Xin1，ZHANG Guo-sheng1，2
（1.College of Marine Science and Environment，Dalian Ocean University，Dalian 116023，China；2.Center for Marine Ranching Engineering Science Research of Liaoning，Dalian Ocean University，Dalian 116023，China）

Abstract：The effect of bubble curtains on blocking of fat greenling Hexagrammos otakii was studied under conditions of compressed air pressure of 0.04 MPa in the indoor flume，bore diameter of 1.0 mm and 2.0 mm，hole pitch of 2.5 cm and 5.0 cm，and mutual combination of four crowding level fixed bubble curtains to provide basic data for fishes domestication in Marine Pasture.The results showed that the four bubble curtains had more obvious blocking effect for fat greenling，the best blocking effect under the bubble curtains with the bore diameter of 1.0 mm and the hole pitch of 2.5 cm，with average block rate of 53.2%，and average time needed for the first time through of 202.25 s.The findings indicate that fat greenling is significantly blocked by the bubble curtains.

Key words：bubble curtains；bubble curtains density；Hexagrammos otakii；blocking effect