氣泡幕對許氏平鲉的阻攔效果研究

黃六一，陳 婧，李 龍 ，黃洪亮，唐衍力，孫旋旋，房 璐 ，李玉巖 ，張宗航，張文慧

(1 中國海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，山東 青島266003;2 農(nóng)業(yè)部東海與遠(yuǎn)洋漁業(yè)資源開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗室，上海 200090)

氣泡幕對許氏平鲉的阻攔效果研究

黃六一1，陳 婧1，李 龍1，黃洪亮2，唐衍力1，孫旋旋1，房 璐1，李玉巖1，張宗航1，張文慧1

(1 中國海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，山東 青島266003;2 農(nóng)業(yè)部東海與遠(yuǎn)洋漁業(yè)資源開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗室，上海 200090)

氣泡幕可作為海洋牧場魚群控制的技術(shù)手段之一。本研究通過改變氣泡幕在水槽中的相對位置和試驗許氏平鲉(Sebastesschlegeli)的密度來觀察許氏平鲉的行為反應(yīng)，運(yùn)用了觀察法、對照試驗法和控制變量法探究了氣泡幕對不同密度下的許氏平鲉的阻攔效果。結(jié)果顯示：1)試驗魚20尾時，氣泡幕的位置分別設(shè)置在矩形水槽長的1/4、1/2和3/4處(魚的密度為12.52、6.26、4.17尾/m2)，阻攔率分別達(dá)到了98.2%、 88.4%和92.9%，阻攔效果明顯。2)氣泡幕設(shè)置在水槽長度方向的1/2處，試驗魚分別為5尾、10尾、15尾和20尾時，氣泡幕阻攔率分別達(dá)到了100%、85.7%、100%和88.4%(魚群密度分別為1.56、3.12、4.69、6.26尾/m2)，阻攔效果良好。3)由于阻攔率較高，試驗魚群密度和阻攔效率沒有明顯的關(guān)系。本研究結(jié)果可為我國投放許氏平鲉的海洋牧場魚群控制技術(shù)以及取水口攔魚技術(shù)提供參考。

氣泡幕；許氏平鲉；阻攔率；海洋牧場

隨著海洋漁業(yè)捕撈強(qiáng)度的提高，漁業(yè)資源日益衰減，而人類對海洋漁業(yè)資源的需求卻越來越大。近些年來，一些漁業(yè)發(fā)達(dá)的國家和地區(qū)逐漸開始了海洋牧場的建設(shè)與研究。海洋牧場的一項重要技術(shù)就是魚群行動控制技術(shù)，通過該技術(shù)確保魚類能夠在一定時期內(nèi)在特定的區(qū)域生息而不外逃。另外，一些火電和核電企業(yè)一般采用泵站從海域中抽取大量海水對機(jī)組進(jìn)行冷卻，需要采取一些技術(shù)手段阻攔魚類等進(jìn)入取水口，以確保不損害海域資源。傳統(tǒng)技術(shù)手段是用漁網(wǎng)阻攔，但它有無法克服的缺陷。為此，研究人員開發(fā)了一些新的技術(shù)，如光控、電控、聲控、氣泡幕等。20世紀(jì) 30年代國外學(xué)者就開始研究氣泡幕，并試用于漁業(yè)生產(chǎn)和魚類資源保護(hù)，其后，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者在試驗室以及野外對這一設(shè)想進(jìn)行了驗證?？傮w結(jié)論是，當(dāng)魚群靠近氣泡幕時，由于氣泡幕在魚類眼中形成一道氣泡墻，阻礙魚類前行，同時氣泡上升振動發(fā)聲，在視覺和聽覺的共同作用下將魚群嚇走。但對于某些具體魚種，在阻攔效率、適應(yīng)反應(yīng)等方面又呈現(xiàn)一些不同的特點(diǎn)和變化[1-6]。

國內(nèi)外在氣泡幕對魚類的影響已有較多的研究：劉理東等[1]研究了氣泡幕對5種淡水魚的阻攔效果；趙錫光等[3]研究表明不同氣泡幕密度的孔距、孔徑等對黑鯛、青石斑魚產(chǎn)生不同的阻攔作用；陳勇等[6]研究發(fā)現(xiàn)不同密度固定氣泡幕對紅鰭東方鲀的阻攔效果平均達(dá)到71%；Stewart[7]的海上網(wǎng)箱試驗表明，氣泡幕能制約綠鱈和隆頭魚的行動，但對比目魚(高眼鰈、油鰈和鰈魚)的阻攔效果較差；Sager 等[8]在試驗室的試驗表明美洲狼鱸、斑點(diǎn)黃花魚和脂背鯡均無法躲避氣泡幕；Kouki Onitsuka等[9]研究發(fā)現(xiàn)在氣泡入射低于一定速度的情況下氣泡幕沒有對寬鰭鱲的行為產(chǎn)生顯著影響；Zielinski等[10]的研究試驗表明空間布局越復(fù)雜的氣泡幕對鯉魚阻攔效果越好。Kiyama 等[11]研究發(fā)現(xiàn), 氣泡幕對日本鳀(Wngraulisjapomicus)和真燕鰩(Prognichthysagooz)能產(chǎn)生聚集作用；Zielinski[12]在野外實(shí)地設(shè)計的氣泡幕阻攔效果與試驗室一致。綜上，魚類對氣泡幕的反應(yīng)并不一致，根據(jù)環(huán)境條件以及魚群狀況有所改變?？傊?，研究氣泡幕在魚類行為中的應(yīng)用，對漁業(yè)資源養(yǎng)護(hù)、減少環(huán)境污染、提高漁獲量、建設(shè)海洋牧場和減少港口噪音等都具有重要意義[13-14]。隨著計算機(jī)技術(shù)、水下攝影技術(shù)、高性能光學(xué)及聲學(xué)設(shè)備的應(yīng)用，氣泡幕的研究方法也會越來越多[15-16]。

許氏平鲉(Sebastesschlegeli)，又稱“黑鲪”、“黑頭魚”，是溫水性底層魚類，常棲息于近海岸礁海區(qū)，為中國北方常見種，分布于北太平洋西部，中國產(chǎn)于東海、黃海和渤海，是人工魚礁進(jìn)行資源增殖和網(wǎng)箱養(yǎng)殖的理想種類[17-18]。國內(nèi)在許氏平鲉對氣泡幕反應(yīng)方面的研究，特別是不同密度魚群或氣泡幕距離魚群位置對阻攔效果的影響鮮有報道。本研究通過改變氣泡幕裝置在水槽中的相對位置和增減許氏平鲉個體數(shù)量來觀察許氏平鲉的行為反應(yīng)，探討氣泡幕對不同密度的許氏平鲉魚群的阻攔效果，研究結(jié)果可為海洋牧場魚群控制和一些取水口魚群氣泡幕阻攔魚類裝備的設(shè)計和布設(shè)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗所用許氏平鲉于2014年11月份分3次購自青島小港水產(chǎn)品市場，每次購進(jìn)7條，全長104～146 mm，平均全長123 mm，平均體重29.44 g。試驗期間許氏平鲉暫養(yǎng)于室內(nèi)圓形水槽。

1.2 試驗裝置

中國海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院魚類音響馴化試驗水槽(白色)，長3.40 m，寬1.88 m，試驗水深0.44 m。試驗室保持均勻光照，水面光強(qiáng)在20～80 Lx之間，水溫15.0～17.0℃。在水槽底部中央鋪設(shè)一根與水槽等寬的白色硬質(zhì)塑料管，內(nèi)徑2 cm，在塑料管上均勻打孔，孔距2 cm，孔徑1 mm，兩端密封，將國產(chǎn)“海平面”牌ACO-009B型號電磁式充氣泵(功率185 W，排氣量105 L/min)通過橡膠管與氣泡管中部連接并充氣。

1.3 試驗方法

試驗過程中采用的研究方法有觀察法、對照試驗法和控制變量法。每次觀察時在觀察室利用攝像監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行觀察試驗，并用生物統(tǒng)計的方法對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，每組試驗重復(fù)3次，采用3次試驗的平均值。試驗項目：(1)對相同數(shù)量的魚，測試氣泡幕擺放在試驗水槽不同位置對魚的阻攔狀況的差異。通氣管分別放在水槽長度方向的1/4 L、1/2 L和3/4 L處，距離水槽左端距離分別為0.85 m、1.70 m、2.55 m(圖1)。

圖1 試驗裝置示意圖Fig.1 Installation of experiment

隨機(jī)選取20條魚(魚群的密度分別為12.52、6.26、4.17尾/m2)。觀察魚在空白試驗和通氣試驗中通過氣泡幕的次數(shù)，每次試驗進(jìn)行1 h，觀察并記錄每10 min穿過圓管上方的魚數(shù)量。(2)將通氣管放在水槽長度方向的1/2 L，測試氣泡幕對不同數(shù)量的魚阻攔效果。隨機(jī)選取5、10、15、20尾魚進(jìn)行試驗，對應(yīng)的魚群密度分別為1.56、3.12、4.69、6.26尾/m2。觀察魚在空白試驗和通氣試驗中通過氣泡幕的次數(shù)，每次試驗進(jìn)行1h觀察并記錄每10 min穿過通氣管上方的魚的尾次數(shù)。

通過率和阻攔率的計算公式[3]：

fPR=(NPA/NPC)×100%

(1)

fOR=(1- fPR) ×100%

(2)

式中：fPR—通過率，%；fOR—阻攔率，%；NPA—1 h通氣試驗中魚通過氣泡幕的尾次數(shù)，次；NPC—1h空白試驗中魚通過氣泡管的尾次數(shù)，次。

2 結(jié)果與分析

2.1 行為描述

空白試驗中，許氏平鲉自由地在水槽中游動，多在水槽底部活動，有較強(qiáng)的集群性，常有相互追逐的現(xiàn)象，也常聚集于水槽的邊角處作時間不等的停留。水槽底部的塑料管對許氏平鲉的活動沒有明顯的影響，它們或集群或單獨(dú)穿過塑料管上方，有時會在塑料管旁邊停留一段時間。新一批的魚比已經(jīng)暫養(yǎng)的魚活躍，表現(xiàn)出很強(qiáng)的游動能力。

氣泡幕試驗時，許氏平鲉的行為表現(xiàn)出明顯的不同。開始通氣后，許氏平鲉均表現(xiàn)出不同程度的驚恐狀態(tài)，游動速度明顯加快，多沿水槽邊快速來回游動，有時快速沖向氣泡幕，但在接近氣泡幕前即減速停止，然后調(diào)頭回游。氣泡幕剛形成時魚類的行為與氣泡幕對大瀧六線魚的阻攔效果相似[19]，隨著時間的推移，會有一條魚率先穿過氣泡幕，這時常會有其他魚隨之穿越氣泡幕，有時一條魚在首次穿過氣泡幕后沒有其它魚隨之穿過，該魚在另一側(cè)作短暫停留，隨后從另一側(cè)穿回，有時也會隨即調(diào)頭穿回。魚在穿越氣泡幕時多為加速通過，很少有魚會在氣泡幕附近或在氣泡幕中停留，還觀察到有的魚傾向于從氣泡幕兩端進(jìn)行穿越。隨著時間的推移，許氏平鲉穿越氣泡幕的次數(shù)有的逐漸增加，有的逐漸減少，有的沒有明顯的規(guī)律。很多情況下許氏平鲉會逐漸平靜下來，聚集于水槽的邊角處，追逐現(xiàn)象時而出現(xiàn)。觀察發(fā)現(xiàn)，氣泡幕對試驗魚有明顯的阻攔作用，魚穿越氣泡幕的次數(shù)比空白試驗中穿越塑料管上方的次數(shù)顯著減少。

2.2 不同位置氣泡幕攔魚效果試驗

圖2是氣泡幕在各處位置空白和氣泡幕試驗每10 min通過的魚尾次折線圖，虛線表示空白試驗，實(shí)線表示氣泡幕試驗。由圖可以看出，試驗中魚類穿越次數(shù)比空白試驗要低很多，說明氣泡幕有阻攔效果。隨著時間增加，通氣管在水槽1/2 L和1/4 L處空白試驗通過尾次呈現(xiàn)減少趨勢，而在3/4 L處則呈現(xiàn)增加趨勢。對于通氣管在水槽處3/4 L處，隨著時間推移通過的尾數(shù)增加，其原因可能與黑鮶喜歡尋找小的空間躲避有關(guān)。

圖2 不同位置的氣泡幕通過魚數(shù)量Fig.2 The average numbers of fish passing through the air-bubble curtainset at different tank sites

氣泡幕在不同位置的許氏平鲉平均通過率和阻攔率，以及對試驗組和空白對照組進(jìn)行顯著性檢驗結(jié)果見表1。3個位置的氣泡幕對許氏平鲉阻攔效果都很明顯，阻攔率分別達(dá)到了98.212%、88.393%和92.896%，其中在1/4處攔魚效果最好。對3處位置試驗組和空白對照組進(jìn)行F檢驗，得到的F值分別為157.132 1、294.511 6和7.936 3，都大于F0.01,2,12=6.93。所以，試驗處理組與空白對照組差異顯著，宜進(jìn)行方差異性t檢驗，分別得到P5,0.01=0.000 68、0.009 611、0.000 072，都小于0.01，差異顯著，說明氣泡幕攔魚效果很明顯。

表1 不同位置氣泡幕條件下試驗處理組與空白對照組顯著性檢驗

2.3 魚群數(shù)量對阻攔效果影響

圖3給出的是不同魚群數(shù)量下每10 min通過的魚尾次數(shù)，虛線表示空白試驗，實(shí)線表示氣泡幕試驗。由圖可以看出在4種密度下氣泡幕的阻攔效果都很好，但是在3.12、4.69和6.26尾/m2密度下空白試驗穿越次數(shù)比較多，而1.56尾/m2密度下的穿越比較少，這可能是其密度太小而水體空間足夠，使得魚游動范圍充足。在空白試驗中，4.69尾/m2和6.26尾/m2密度下隨時間穿越次數(shù)逐漸減少，而3.12尾/m2密度下則有逐漸增多的趨勢。通過試驗觀測，3.12尾/m2密度條件下氣泡幕試驗中出現(xiàn)了穿越次數(shù)突然增加的情況，這是因為有1～2條魚突然來回重復(fù)穿越氣泡幕。

圖3 不同密度條件下每10 min通過的魚群數(shù)量Fig.3 The average number of fish passing through the air-bubble curtain in every 10 min under different density conditions

不同魚數(shù)量下的平均通過率和阻攔率，以及對試驗組和空白對照組進(jìn)行顯著性檢驗結(jié)果見表2。4種數(shù)量下，氣泡幕對許氏平鲉阻攔率都很高，分別達(dá)到了88.39%、100%、85.71%和100%。對4處位置試驗組和空白對照組進(jìn)行F檢驗，得到的F值分別為294.511 6、∞、3.991 5和∞。值得說明的是，兩次∞表示F值均很大，遠(yuǎn)大于F0.01,2,12=6.93，所以前后兩處差異顯著，宜選用雙樣本異方差t檢驗；而在3.12、6.26尾/m2密度條件下，分別得到F=3.991 5F0.01,2,12=6.93，說明空白試驗與氣泡幕試驗方差差異不顯著，宜采用雙樣本等方差t檢驗。分別進(jìn)行t檢驗后得到P5,0.01=0.009 611、0.009 50、0.000 98和0.181 60，其中3.12、4.69和6.26尾/m2密度條件下差異顯著，而1.56尾/m2密度下的差異不顯著，這是由于空白試驗中穿越尾次比較少引起的。

表2 不同魚數(shù)量條件下試驗處理組與空白對照組顯著性檢驗

2.4 魚群密度與阻攔率和通過率的關(guān)系

圖4為魚群密度與阻攔率和通過率的關(guān)系。阻攔率和通過率與魚群密度關(guān)系并不明顯，這與通常認(rèn)為的魚群密度越大阻攔率越低有一定的差異。

圖4 魚群密度與阻攔率和通過率關(guān)系Fig.4 The relationship between fish density and blocking rate, and between fish density and passing rate

3 討論

3.1 不同位置和不同密度下氣泡幕攔魚效果

本次試驗觀察了氣泡幕在不同位置和不同密度下的攔魚效果。在位置試驗中，3處位置的氣泡幕對許氏平鲉阻攔效果都很理想，阻攔率分別達(dá)到了98.2%、88.4%和92.9%，其中在1/4 L處攔魚效果最好；4種魚群數(shù)量下，阻攔率分別達(dá)到100%、85.7%、100%和88.4%，說明如果在水域中采用氣泡幕對許氏平鮋進(jìn)行阻攔能達(dá)到理想的結(jié)果。本試驗是在室內(nèi)水槽中進(jìn)行的，與自然環(huán)境有很大的差異。自然環(huán)境中水域廣闊，魚的密度比試驗環(huán)境要小很多，魚若遠(yuǎn)離氣泡幕后很可能不再回來，這樣可能進(jìn)一步提高氣泡幕對許氏平鮋能的阻攔效果。

3.2 氣泡幕對魚類的視覺刺激

據(jù)國內(nèi)外學(xué)者的研究總結(jié)，氣泡幕對魚類的刺激主要有3種方式：視覺、聽覺和機(jī)械振動，而具體哪一種占據(jù)主導(dǎo)地位，尚需根據(jù)實(shí)際情況分析[2]。在本試驗中，占據(jù)主導(dǎo)地位的應(yīng)該是視覺作用，即氣泡產(chǎn)生后，在上升過程中會形成一道帷幕(氣泡墻)，這對魚的視野將產(chǎn)生刺激，形成一道視覺屏障，致使魚遠(yuǎn)離氣泡幕[20]。因為聲音固然有影響，但由于試驗水槽不大，聲音在池壁可以形成多次反射而使得音頻混雜，聲音的影響并不會形成單向而明確的影響；相反的，試驗用海水透明度高，利于魚類觀察，所以視覺作用相對來說影響比較大。

3.3 魚群密度與阻攔率通過率之間的關(guān)系

本研究由于氣泡幕的相對位置以及在相同位置下不同數(shù)量魚群反應(yīng)的都是在有限空間下魚群密度與氣泡幕阻攔效果的關(guān)系，魚群受到氣泡幕的驚嚇后首先會遠(yuǎn)離，然后群聚，在適應(yīng)一段時間后便會試圖穿越氣泡幕。試驗中，阻攔率和通過率與魚群密度關(guān)系不明顯，這與通常認(rèn)為的魚群密度越大阻攔率越低有一定的差異。這可能與許氏平鮋在水中喜歡聚集在一起有關(guān)，也有可能是魚群密度尚未達(dá)到一個極點(diǎn)，即沒有超過單個魚對領(lǐng)域空間需求。另外，對不同的魚在水中分布的差異也可能會產(chǎn)生影響，這方面需要進(jìn)一步驗證。

3.4 阻攔率計算方法

對于阻攔率的計算，本試驗采用的方法是氣泡幕下與空白試驗中通過的魚尾次做比較，這也是目前國內(nèi)學(xué)者普遍采用的方法，但這樣的計算方法無法把幾條魚重復(fù)穿越氣泡幕的行為衡量出來。如果一群魚里只有一條魚重復(fù)穿越多次，且次數(shù)較多時，則以上阻攔率公式計算的結(jié)果不一定合理。本試驗在10尾魚試驗中出現(xiàn)了這樣的情況，因此對衡量阻攔效果方法和計算阻攔率需要進(jìn)一步開展研究。

4 結(jié)論

許氏平鲉密度為1.56、3.12、4.17、4.69、6.26和12.52尾/m2時，氣泡幕阻攔率分別達(dá)到了100%、85.7%、92.9%、100%、88.4%和98.2%，阻攔效果良好。在本試驗中，許氏平鲉的密度和阻攔率與通過率間沒有明顯關(guān)系。

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Study on the deterrent effect of bubble curtain on rockfish(Sebastesschlegeli)

HUANG Liuyi1，CHEN Jing1，LI Long1，HUANG Hongliang2，TANG Yanli1，SUN Xuanxuan1，F(xiàn)ANG Lu1，LI Yuyan1，ZHANG Zonghang1，ZHANG Wenhui1

(1 College of Fisheries, Ocean University of China, Qingdao 266003, China;2KeyLaboratoryofDevelopmentandUtilization,theEastChinaSeaandOceanFisheryResourcesoftheMinistryofAgriculture,Shanghai200090,China)

Bubble curtain could be used as one of the fish controlling techniques in sea ranching. In the present study, the behavioral responses of rockfish (Sebastesschlegeli) were observed by changing the location of the bubble curtain in the water tank and the density of the fish, and the deterrent effectiveness of the bubble curtain on rockfish of different densities was studied using the methods of observation, controlled trials and variable-controlling. Results show that: 1) when there were 20 fish in the tank, the bubble curtain was set at the 1/4, 1/2 and 3/4 of the rectangular tank lengthwise, and the blocking rates were 98.2%, 88.4% and 92.9%, respectively; 2) when the bubble curtain was set at 1/2 of the tank lengthwise, and the experimental fish were of 5, 10, 15 and 20 in number, respectively, the blocking rates correspondingly reached 100%, 85.7%, 100% and 88.4%, and the deterrent effect was good(in which the densities of the rockfish were 1.56, 3.12, 4.69 and 6.26 individuals per square meter respectively); 3) no significant relationship between the fish density and the blocking effectiveness was observed due to the high blocking rates. The results provided a reference to the fish controlling technique in sea ranching and the fish blocking technology used in water intake areas.

bubble curtain; rockfish (Sebastesschlegeli); blocking rate; sea ranching

10.3969/j.issn.1007-9580.2016.06.011

2016-09-15

2016-11-29

公益性項目(農(nóng)業(yè))行業(yè)專項(201203018)；農(nóng)業(yè)部東海與遠(yuǎn)洋漁業(yè)資源開發(fā)利用重點(diǎn)試驗室開放課題(2014K05)；中國海洋大學(xué)本科生訓(xùn)練計劃項目(1112010616)

黃六一(1970—)，男，教授，研究方向：增殖養(yǎng)殖工程。E-mail：huangly@ouc.edu.cn

S957.9

A

1007-9580(2016)06-055-06