海洋牧場生產(chǎn)中相關(guān)馴化技術(shù)的應(yīng)用

◎ 閆錚 王小瑞

海洋牧場生產(chǎn)中相關(guān)馴化技術(shù)的應(yīng)用

◎ 閆錚 王小瑞

海洋牧場作為一種近海漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要模式，近年來得到了重視、應(yīng)用和推廣。海洋牧場以馴化和養(yǎng)殖海洋魚類作為基本生產(chǎn)方式，魚類馴化技術(shù)得到了廣泛使用和研究，本文在探討了國內(nèi)外魚類馴化相關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以黑鯛為例，研究了海洋牧場中魚類馴化相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，主要從聲響馴化和燈光馴化為主，對馴化試驗(yàn)的設(shè)計(jì)、結(jié)果、結(jié)論分別進(jìn)行了探討和分析，最后研究了海洋牧場魚類馴化設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分別就浮體、餌料供應(yīng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、防沉系統(tǒng)、水下監(jiān)控系統(tǒng)和定位通信系統(tǒng)進(jìn)行了研究。

近年來海洋牧場作為實(shí)現(xiàn)近海漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要模式在全國范圍內(nèi)得到了大范圍的開發(fā)和推廣，海洋牧場生產(chǎn)和運(yùn)行所依賴的四大關(guān)鍵技術(shù)之一就是魚類行為控制與馴化技術(shù)，總體來看目前現(xiàn)階段海洋牧場魚類馴化的手段仍然以人工為主，并基于魚類行為學(xué)建立了一套系統(tǒng)的魚類馴化技術(shù)，依據(jù)魚類對光線、聲響等外界刺激性因素的趨性反應(yīng)，配合相關(guān)的誘食性餌料，從而實(shí)現(xiàn)對魚類行為的馴化和控制。這對海洋牧場的發(fā)展以及魚類魚苗的有效管理都至關(guān)重要，為今后海洋牧場向資源管理型漁業(yè)方向發(fā)展提供了重要手段，對未來海洋漁業(yè)的發(fā)展都具有重要作用。

國內(nèi)外魚類馴化相關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外魚類馴化相關(guān)技術(shù)的研究和應(yīng)用側(cè)重點(diǎn)有所不同，日本、歐美國家比較側(cè)重于利用聲音技術(shù)實(shí)現(xiàn)對魚類的馴化，在魚類喂餌時(shí)通過聲音建立條件反射從而控制和馴化魚類的行為；國內(nèi)在魚類馴化技術(shù)上側(cè)重于餌料誘食，通過在餌料中添加特定的誘食劑，從而逐漸改變魚類的食性。

國外魚類馴化相關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀。歐美、日本等是研究魚類馴化技術(shù)最早的國家，其在音響馴化方面取得了比較顯著的成果，并且目前已經(jīng)得到了實(shí)踐應(yīng)用，收到了很好的經(jīng)濟(jì)效益。歐美等國家的魚類音響馴化技術(shù)在深海網(wǎng)箱養(yǎng)殖中應(yīng)用比較普遍，使用音響馴化技術(shù)獎(jiǎng)逃逸的魚群重新召回到網(wǎng)箱之中，日本開發(fā)建設(shè)了音響馴化型的海洋牧場，通過音響和魚類攝食之間建立一定的反射將魚群引誘到某個(gè)水域從而提高餌料的使用效率。

國內(nèi)魚類馴化相關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀。我國對魚類行為學(xué)和馴化方面的研究相對歐美、日本來說比較晚，近年來經(jīng)過多年努力在餌料誘食馴化方面取得了一定成果，特別是在馴化魚類攝食配合餌料等方面取得了較大進(jìn)展，為我國海洋漁業(yè)的發(fā)展做出了較大貢獻(xiàn)。在音響馴化技術(shù)方面國內(nèi)目前還處于理論研究的初步階段，不過很早就使用了原始聲響進(jìn)行魚類馴化。

海洋牧場中魚類馴化相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用——以黑鯛為例

黑鯛生物學(xué)特性。黑鯛是一種生活在淺海的底層魚類，一般棲息在水深小于50米的近海海域，正常生活水溫為3.5攝氏度至35.5攝氏度，具有適合人工養(yǎng)殖的特性。黑鯛具有方向性的聽力和聲源辨別能力，并且通過聲音完成同伴之間的交流和信息傳遞，對較低頻率的聲音具有比較敏感的聽覺。

黑鯛的聲音馴化。黑鯛對300～400赫茲的聲音感受最為敏感，因此采用時(shí)長3秒的350赫茲的正弦波、播放間隔為1秒的聲響，試驗(yàn)對象為300尾黑鯛，平均體長8厘米，平均個(gè)體重量9克，選取4X7X1.5（立方米）的室內(nèi)水槽，水位保持在0.8米，水溫控制在20度，聲音馴化時(shí)間為360秒，先播放60秒的聲音，然后喂餌料，時(shí)間為120秒，結(jié)束后繼續(xù)播放60秒聲音，完成一個(gè)馴化周期。

試驗(yàn)結(jié)果顯示：初期黑鯛對350赫茲的聲音呈現(xiàn)負(fù)向趨聲性，因?yàn)槭艿搅梭@嚇，只有很少一部分黑鯛在靠近聲音源的地方攝食；在聲音馴化的第五天，只播放聲音未投餌料的情況下，已經(jīng)超過80%的黑鯛聚集在聲音源的周圍，投餌料后黑鯛開始競相搶奪攝食，投餌料結(jié)束后繼續(xù)播放聲音，仍然有超過35%的黑鯛在聲音源附近聚集；聲音馴化的第九天，在開始播放聲音時(shí)黑鯛魚群的反應(yīng)比較強(qiáng)烈，向聲音源的游動速度很快，幾乎聚集了98%的黑鯛，投餌料后迅速搶奪攝食，結(jié)束后大部分黑鯛仍然在聲音源附近游弋。

通過黑鯛的聲音馴化，可以得到如下結(jié)論：驗(yàn)證了黑鯛在行為特征上的趨聲性，為海洋牧場馴化和養(yǎng)殖黑鯛提供了技術(shù)上的可行性，結(jié)果表明通過350赫茲的聲音同時(shí)配合餌料的投喂，就可以在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)對黑鯛的穩(wěn)定的條件反射，從而實(shí)現(xiàn)漁業(yè)馴化效果，為海洋牧場漁業(yè)的控制和管理提供有效的手段。

黑鯛的燈光馴化。黑鯛的眼睛發(fā)育較早，屬于近海岸視覺魚類，幼苗時(shí)期的黑鯛，主要使用眼睛作為捕食攝食的器官，由于其長期生活在海域底層，成魚后的視覺敏感程度要弱于聽覺、嗅覺。

選取100尾經(jīng)過聲音馴化的黑鯛，在400～650nm的光譜感受范圍內(nèi)選取藍(lán)、紅、黃、綠四種顏色的光源作為試驗(yàn)用燈光。在一個(gè)4×7×1.5立方米的水槽內(nèi)放置一個(gè)2×2×0.75立方米的網(wǎng)箱。為了試驗(yàn)的可靠性必須采取措避免各種光源之間可能產(chǎn)生的相互干擾，每種光源的試驗(yàn)周期都是1天，每種光源試驗(yàn)周期內(nèi)同時(shí)每天進(jìn)行4次聲音馴化，并在當(dāng)天晚上8點(diǎn)開始進(jìn)行燈光馴化試驗(yàn)，測得光照強(qiáng)度，根據(jù)光照強(qiáng)度的不同將黑鯛魚群的活動區(qū)域范圍劃分為3個(gè)區(qū)域，并對各區(qū)域就聚集的黑鯛數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：隨著光照強(qiáng)度的逐步減弱，紅色燈光和黃色燈光照射下只有少量的黑鯛進(jìn)入光照較強(qiáng)的區(qū)域進(jìn)行攝食，大部分聚集在光照強(qiáng)度中等或較弱的區(qū)域游弋，而在藍(lán)色燈光和綠色燈光的照射下不同光照強(qiáng)度的區(qū)域黑鯛呈現(xiàn)比較均勻分布的態(tài)勢。

結(jié)論：燈光馴化結(jié)果顯示，紅色燈光和黃色燈光與黑鯛的生活習(xí)性并不適合，而綠色燈光和藍(lán)色燈光則比較適則比較適合黑鯛的生活習(xí)性，并且投餌處的燈光光照強(qiáng)度不易過強(qiáng)，作為生活在海域底層的黑鯛，其具有一定的色彩辨識能力，感受較為敏感的光譜區(qū)域在430～560nm之間，其生活環(huán)境的顏色基調(diào)主要為綠色或藍(lán)綠色，因此為了最大程度上降低海洋環(huán)境對試驗(yàn)的影響，可以考慮提高或增強(qiáng)燈光與海洋環(huán)境的對比程度，選擇500nm的綠色可見光作為燈光的馴化光源，因?yàn)楹邗爩Ω牟ㄩL的燈光具有最佳的光譜敏感度。

海洋牧場魚類馴化設(shè)備的功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

近年來隨著海洋生態(tài)環(huán)境的修復(fù)需要，在近海海域投放了大量魚種?；谏鲜雎曧憽艄怍~類馴化試驗(yàn)的結(jié)果，將黑鯛馴化的聲響頻率設(shè)定為350赫茲的單頻音，光源設(shè)定為500nm的綠色LED燈，馴化設(shè)備中的相關(guān)誘導(dǎo)信號均參照上述指標(biāo)和設(shè)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)考慮到海洋牧場的實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境，綜合使用聲響、燈光、餌料等來實(shí)現(xiàn)對魚類的馴化，同時(shí)使設(shè)備的運(yùn)作完全處于自動化環(huán)境中進(jìn)行無人值守的運(yùn)行，使用水下視頻監(jiān)控和無線通信技術(shù)對馴化設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和通信。

海洋牧場魚類馴化設(shè)備的功能

海洋牧場魚類馴化設(shè)備的功能主要包括餌料供給、信號誘導(dǎo)、能源供應(yīng)、通信定位、環(huán)境檢測、浮體、監(jiān)控等。馴化設(shè)備的工作原理與機(jī)制如下：信息誘導(dǎo)系統(tǒng)提供諸如聲響、光源等誘導(dǎo)性因子，餌料供給系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供魚群所需的信息素餌料，控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)信號誘導(dǎo)系統(tǒng)與餌料供應(yīng)系統(tǒng)的工作匹配與邏輯控制，根據(jù)條件反射的原理持續(xù)不斷地對魚類行為和生活習(xí)性進(jìn)行馴化，從而使魚群對信號誘導(dǎo)和餌料保存一個(gè)長期的記憶，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對魚群行為的控制，能源供應(yīng)系統(tǒng)為設(shè)備運(yùn)行提供電力能源支持，監(jiān)控系統(tǒng)通過水下攝像實(shí)現(xiàn)對整個(gè)馴化過程和效果的記錄與監(jiān)控，同時(shí)該馴化設(shè)備可以作為一個(gè)獨(dú)立的海洋平臺，搭載各種傳感器和監(jiān)控設(shè)備，并通過通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像和信息的全過程監(jiān)控與反饋。

海洋牧場魚類馴化設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

浮體的設(shè)計(jì)。浮體是海洋牧場魚類馴化設(shè)備的載體，對于設(shè)備的安全性和可靠性具有重要影響，在型式上以海洋浮標(biāo)為基本參照物，經(jīng)過對比各種型式的浮體優(yōu)缺點(diǎn)，最終選定盤型浮體作為海洋牧場魚類馴化設(shè)備的載體，在進(jìn)行浮體樣機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮其直徑、吃水、方形、型深等參數(shù)以及海浪、海流等因素的影響，精確計(jì)算好浮體的重量、重心、浮心坐標(biāo)、固有周期等重要數(shù)值，在浮體的加工與制作過程中要掌握好相關(guān)材料的選取和工藝的抉擇，確保浮體的安全性和可靠性。

餌料供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。餌料供應(yīng)系統(tǒng)主要包括二了倉和餌料輸送機(jī)構(gòu)，餌料倉儲存和供給餌料，餌料倉設(shè)計(jì)時(shí)需要確保餌料供應(yīng)的流暢，避免結(jié)拱，考慮到浮體的結(jié)構(gòu)和空間，為了最大程度上增加料倉的體積容量，同時(shí)也為了后續(xù)的加工制造的便利，餌料倉采用中出卸料斗型式，餌料倉的設(shè)計(jì)與容積要經(jīng)過精確的計(jì)算，餌料倉的加工選材采用不銹鋼和鋁合金的材質(zhì)，焊接工藝上選擇使用氬弧焊。

餌料輸送機(jī)采用螺旋輸送式，其輸送方式可以分為水平輸送和螺旋輸送兩種方式，在設(shè)計(jì)餌料輸送機(jī)時(shí)需要重點(diǎn)考慮的參數(shù)包括輸送量、轉(zhuǎn)速、螺旋葉片直徑、螺旋軸直徑以及螺距等，在二維及三維建模的基礎(chǔ)上進(jìn)行螺旋輸送機(jī)構(gòu)的加工，選材上使用304不銹鋼。

控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。海洋牧場中魚類的馴化時(shí)間和次數(shù)在每天的分布是固定均勻的，所以使用可編程多路定時(shí)器和可控開關(guān)進(jìn)行邏輯控制，定時(shí)開啟馴化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)信號誘導(dǎo)系統(tǒng)和餌料供給系統(tǒng)之間的邏輯控制，經(jīng)過市場比較和選擇最終采用KG316微型芯片時(shí)控開關(guān)和JSPD-144可編程多路定時(shí)器。

根據(jù)黑鯛的馴化設(shè)計(jì)，通過微型芯片時(shí)控開關(guān)（KG316）實(shí)現(xiàn)對JSPD-144的電源輸入進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對定時(shí)器工作時(shí)間的控制。攝像系統(tǒng)首先進(jìn)入工作狀態(tài)，將其接入到定時(shí)器的OUT1接口，在定時(shí)器開啟時(shí)其就進(jìn)入工作狀態(tài)，定時(shí)器工作1分鐘后信號誘導(dǎo)系統(tǒng)開始播放聲響和打開光源，定時(shí)器工作2分鐘后餌料供給系統(tǒng)開始向魚群喂餌。通過設(shè)定馴化設(shè)備可以按照系統(tǒng)控制自動地完成無人守值情況下的魚類馴化工作。另外可以根據(jù)實(shí)踐需要或經(jīng)驗(yàn)來對該系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)不斷地優(yōu)化升級。

防沉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。防沉系統(tǒng)是為了提高馴化設(shè)備的安全性，在馴化設(shè)備完全沒入水中后仍然能夠自主浮出水面，目前比較常見的防沉系統(tǒng)有兩種類型，一是艙體式防沉系統(tǒng)，二是填充式防沉系統(tǒng)，這兩種類型都有其優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)過各種因素的綜合考慮，選擇填充式防沉系統(tǒng)作為魚類馴化設(shè)備的防沉系統(tǒng)。防沉系統(tǒng)的加工和測試是防沉系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，要嚴(yán)格按照防沉系統(tǒng)的加工工序進(jìn)行加工制作。

水下監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。水下監(jiān)控系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、玻璃罩、箱體、蓄電池、螺桿、撐片等。箱體中防止蓄電池、攝像機(jī)及其他固定元器件，玻璃罩放置在箱體的上面，玻璃罩與箱體之間放置橡膠墊片，同時(shí)使用法蘭對之進(jìn)行密封處理，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可以實(shí)現(xiàn)左右350度、上下90度旋轉(zhuǎn)，從而可以大范圍、立體化地對周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。水下攝像系統(tǒng)可以在局域網(wǎng)和3G等兩種不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行工作，其供電模塊有兩種充電方式，一是可取回式220V充電，二是固定式太陽能充電，從而滿足了不同環(huán)境和要求下的攝像監(jiān)控。

通信定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。海洋牧場魚類馴化設(shè)備不僅可以用來實(shí)現(xiàn)魚類的馴化，而且還可以作為一個(gè)航洋設(shè)備平臺，搭載檢測海洋環(huán)境的傳感器、氣象監(jiān)測設(shè)備等，因此需要通信定位系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)相關(guān)圖像檢測信息的反饋與傳輸。魚類馴化設(shè)備使用錨繩索進(jìn)行固定，同時(shí)需要考慮到一旦錨繩索斷裂后設(shè)備被沖走后仍然可以找回，就需要在馴化設(shè)備上安裝定位系統(tǒng)，以便隨時(shí)跟蹤馴化設(shè)備的行蹤，使用GPS對馴化設(shè)備進(jìn)行定位，借助3G網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)定位信息回傳，實(shí)時(shí)反饋馴化設(shè)備的定位信息和圖像信息。

海洋牧場魚類馴化技術(shù)研究及效益分析（編號：201502A228）

河北農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院）