固定气泡幕对许氏平鲉阻拦效果的研究*
2017-03-11黄六一黄洪亮唐衍力孙峰德郝连旭党荣哲宫剑波
陈 钊， 黄六一❋❋， 黄洪亮， 唐衍力， 孙峰德， 郝连旭， 党荣哲， 宫剑波， 朱 琴
(1.中国海洋大学水产学院，山东 青岛 266003；2.农业部东海与远洋渔业资源开发利用重点实验，上海 200090；3.青岛市胶州市海洋与渔业局，山东 青岛 266400)
固定气泡幕对许氏平鲉阻拦效果的研究*
陈 钊1， 黄六一1❋❋， 黄洪亮2， 唐衍力1， 孙峰德3， 郝连旭1， 党荣哲1， 宫剑波1， 朱 琴1
(1.中国海洋大学水产学院，山东 青岛 266003；2.农业部东海与远洋渔业资源开发利用重点实验，上海 200090；3.青岛市胶州市海洋与渔业局，山东 青岛 266400)
为探究固定气泡幕对许氏平鲉(Sebastesschlegelii)的阻拦效果，设定气泡幕的孔距、孔径如下：当孔径为0.5mm时，设定孔距为1.0、2.0、3.0、5.0、10.0cm，当孔距为2.0cm时，设定孔径为0.2、0.5、0.8、1.0、1.5mm，研究了这9种类型的固定气泡幕对许氏平鲉的阻拦效果，并探究了许氏平鲉对孔距2.0cm、孔径0.5mm气泡幕的适应性。研究表明：上述各规格的气泡幕对许氏平鲉均有显著的阻拦效果(t>t0.01)。在孔距实验中，孔距为1.0、2.0、3.0、5.0、10.0cm的气泡幕对许氏平鲉的平均阻拦率分别为71.43%、95.24%、92.98%、53.85%、80.14%，其中孔距2.0cm的气泡幕阻拦率最高。在孔径实验中，孔径为0.2、0.5、0.8、1.0、1.5mm的气泡幕对许氏平鲉的平均阻拦率分别为96.03%、95.24%、82.05%、100%、98.74%，其中孔径1.0mm的气泡幕阻拦率最高。在4h的适应性实验中，许氏平鲉对孔距2.0cm、孔径0.5mm的气泡幕表现出一定的适应性(F>F0.05)。本研究结果可为我国海洋牧场中许氏平鲉鱼群控制技术提供参考。
许氏平鲉;气泡幕;孔距;孔径;阻拦率
海洋牧场建设对于缓解近海资源的衰退和提高近海生产力具有重要作用。其中作为海洋牧场建设中的关键技术，即鱼群控制技术，已包含有网具、声、光、电和气泡幕等控制方法[1]，尤其是利用气泡幕进行鱼群控制技术的研究已备受瞩目。1930年代，国外学者已开始研究气泡幕，发现气泡幕能够阻止鱼群的运动并将气泡幕试用到渔业生产和鱼类资源保护中[2]。1957年Smith[3]对气泡幕的控鱼作用做了首次报道[4]，而后，国内外学者在实验室和野外对气泡幕控鱼作用进行了一系列研究。研究结果的共性表明，当鱼群靠近气泡幕时，鱼类视觉中气泡幕所形成的气泡墙可以阻碍其前行，同时气泡上升破裂和塑料管的振动发声，也会在听觉方面惊吓到鱼群[5]。但是，对于不同鱼种，其在拦阻拦率、适应性等方面又呈现不同的特点和变化[5-12]。Dawson等学者在研究气泡幕对欧亚梅花鲈(Gymnocephaluscernuus)幼鱼的拦截效果时就发现气泡幕拦截效果较差，虽然气泡幕对花鲈幼鱼有明显的驱逐作用，但试验鱼通过气泡幕的次数反而比对照组高[13]。陈勇等学者从孔距、孔径、压缩空气压力三个方面着手研究了8种规格的气泡幕对红鳍东方鲀(Takifugurubripes)的拦截效果，最佳阻拦率为71.0%[1]。因此气泡幕在应用之前应该开展针对目标鱼种的拦截试验，确定其可行性。
许氏平鲉(Sebastesschlegelii)作为中国北方常见鱼种，其具有附礁性强、活动范围有限的特点，已成为黄、渤海近海开发海洋牧场的优良鱼种，因此海洋牧场建设中如何避免许氏平鲉的逃逸、降低经济损失便成为了一个亟待解决的问题。气泡幕有别于传统的网具拦截，是一种具有发展潜力的鱼群控制技术，但国内外学者在许氏平鲉对气泡幕反应方面的研究鲜有报道。本实验观测了多种规格的气泡幕对许氏平鲉的阻拦效果，探讨适合阻拦该鱼的气泡幕规格，同时还探究了许氏平鲉对气泡幕的适应性，以期为气泡幕在海洋牧场中的应用提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料
实验用许氏平鲉取自青岛小港码头，体长范围为11～19cm，实验前暂养于室内圆形水槽1～7d。
1.2 实验装置
实验在中国海洋大学水产学院鱼类音响驯化实验室进行，实验装置如图1所示。实验水槽(白色)长3.8m，宽2.0m，水深0.5m，实验实际使用面积为2.5m×2.0m。采用日光灯照明，水面光强40～50lx，水温19.0～22.5℃。水槽底部中央铺设一根与水槽等宽的白色硬质塑料管，管内径1.0cm，管上有均匀分布的一列小孔，将充气泵(日升牌ACO-008B，中国)通过橡胶管与气泡管中部连接并充气，形成一定规格的气泡幕，压缩空气气压为33kPa；通过WAPA波粒智能H.264数字硬盘录像机(安放在水槽上方)系统对实验过程进行观察并全程录像。
图1 实验装置简图Fig.1 Installation of experiment
1.3 实验方法
实验分为三部分，分别为孔距实验、孔径实验和适应性实验：
1)孔距实验中形成气泡幕的气泡管规格为：孔径0.5mm，孔距分别为1.0、2.0、3.0、5.0、10.0cm；
2)孔径实验中形成气泡幕的气泡管规格为：孔距2.0cm，孔径分别为0.2、0.5、0.8、1.0、1.5mm；
3)适应性实验中形成气泡幕的气泡管规格为孔距2.0cm，孔径0.5mm。
随机取5尾健康的许氏平鲉放入实验水槽适应12～24h，然后开始实验。孔距实验和孔径实验中，实验分通气和不通气(空白)两部分进行，各1h；适应性实验的观测时间为4h；其中，空白实验在通气实验之前进行；每次试验许氏平鲉都在气泡幕或气泡管一侧；充气组重复试验3次，实验用过的鱼各组间不重复使用。
1.4 数据统计及分析方法
统计鱼通过气泡幕或气泡管上方的次数。计算通过率PR(Passing rate)和阻拦率OR(Obstructing rate)，计算公式如下：
PR(%)=(NPA/NPC)×100%,OR(%)=(1-PR)×100%[9]。
式中：PR是通过率;OR是阻拦率;NPA是1h通气实验中鱼通过气泡幕的尾次数;NPC是1h空白实验中鱼通过气泡管的尾次数。
统计各次试验中鱼每10min通过气泡幕或气泡管的尾次数，以此进行统计分析。对实验组和空白组数据进行t检验以检测气泡幕的阻拦效果，对3次重复试验进行F检验以检测3次重复试验间的差异，对孔距实验间的数据、孔径实验间的数据进F检验以检测孔距、孔径对气泡幕拦鱼效果的影响。
2 结果
2.1 行为描述
空白实验中，许氏平鲉多在水槽底部自由活动，有较强的集群性，常有相互追逐的现象，也常聚集于水槽边角处作时间不等的停留，水槽底部的气泡管对许氏平鲉的活动无明显影响，许氏平鲉1 h内穿过气泡管上方的次数分布在19～84次范围内。
通气实验时，许氏平鲉均表现出不同程度的惊恐状态，游动速度明显加快，多沿水槽边快速往返游动，在接近气泡幕时快速折返。随着时间的推移，会有一尾鱼率先穿过气泡幕，此时常会有其他鱼随之穿越气泡幕，否则该鱼在另一侧作短暂停留后即穿回。实验鱼在穿越气泡幕时多为加速通过，鲜有鱼在气泡幕附近停留。通气一段时间后许氏平鲉会逐渐平静下来，聚集于水槽的边角处，相互追逐现象时而出现。气泡幕对试验鱼有明显的阻拦作用，鱼穿越气泡幕的次数与相应空白实验相比减少53.85%～100%。
2.2 孔距实验
气泡幕形成前后试验鱼每10 min通过气泡幕或气泡管上方的平均次数见表1，通过表1可以看出，实验中鱼通过气泡幕的次数明显比对照实验中鱼通过气泡管上方的次数少。试验鱼在气泡幕形成前后每10min内通过气泡幕或气泡管上方的次数并不均匀，呈随机分布。
表1 许氏平鲉每10 min通过不同孔距气泡幕的平均尾次数Table 1 The average number of fish that passing through the air-bubble curtain(or the pipe) per 10 min in the fixed interval experiment /尾
注：*:三次重复试验中鱼通过气泡幕的平均次数。*: Representing three times repeated test.
各试验组的阻拦率和通过率如表2所示，其中孔距为2.0cm的气泡幕对试验鱼的阻拦效果最好，平均阻拦率达到95.24%。对各孔距实验中3次重复试验间分别进行F检验，得各组F值分别为0.141、2.548、1.263、2.40、4.817，皆小于F0.01(2,15)=6.359，3次重复试验间差异不显著，许氏平鲉没有产生适应性。对实验所得通气组、对照组数据间进行t检验，得各组t值分别为10.23、43.85、68.04、13.60、9.93，皆大于t5,0.01=3.365，表明实验组与对照组间差异极显著，可知各规格的气泡幕对许氏平鲉均有显著的阻拦效果。对5个规格的孔距实验间进行F检验得F=3.967>F0.05(4,10)=3.478，可知不同孔距的气泡幕对试验鱼的阻拦效果存在显著差异，说明孔距是影响气泡幕对试验鱼阻拦效果的重要因素之一。
表2 不同孔距的气泡幕实验中许氏平鲉平均通过率和平均阻拦率Table 2 The OR and PR in the fixed interval experiment /%
注: *:1)、2)、3)表示三次重复试验。*: 1), 2), 3) representing three times repeated test.
①Obstructing rate; ②Average passing rate; ③Average obstructing rate
2.3 孔径实验
孔径实验中，气泡幕形成前后试验鱼每10 min通过气泡幕或气泡管上方的次数见表3，结果表明，各规格气泡幕对试验鱼均有显著的阻拦效果。
各试验组的阻拦率和通过率如表4所示，其中孔径为1.0mm的气泡幕阻拦效果最好，阻拦率达到100%(孔径1.0mm和孔径1.5mm 2组实验间经F检验得F=1
表3 许氏平鲉每10 min通过不同孔径气泡幕的平均尾次数Table 3 The average number of fish that passing through the air-bubble curtain (or the pipe) per 10 min in the fixed diameter experiment /尾
注：*: 三次重复试验中鱼通过气泡幕的平均次数。*: The means that fish passing through the air-bubble curtain in the three repeated tests.
表4 不同孔径气泡幕实验中许氏平鲉平均通过率和平均阻拦率Table 4 The OR and PR in the fixed diameter experiment /%
注：*: 1)、2)、3)表示三次重复试验。*: 1), 2), 3) representing three times repeated test.
①Obstructing rate； ②Average passing rate； ③Average obstructing rate
2.4 许氏平鲉对气泡幕的适应性
在孔距实验和孔径实验中，实验时间各为1h，3次重复试验的阻拦率有3次逐渐增大，1次逐渐减小，5次没有明显规律，由此无法确定许氏平鲉对气泡幕产生了适应性，且由F检验知3次重复试验间没有显著差异，无法确定是否形成了适应性。因此，选取孔径0.5mm、孔距2.0cm的气泡管形成的气泡幕，通过延长试验时间，进行许氏平鲉对气泡幕的适应性实验。在4h的实验过程中，许氏平鲉每10min通过气泡幕的尾次数如图2所示。
从图2可以看出，随着时间的推移，许氏平鲉通过气泡幕的尾次数有逐渐增加的趋势。统计图2中许氏平鲉每小时通过气泡幕的尾次数和通过率，汇成表5，表明通过率有明显上升趋势。将4h中各小时内实验鱼每10min通过气泡幕的尾次数进行F检验得F=3.697>F0.05(3,20)=3.098，差异显著，由此推断，随着许氏平鲉接触气泡幕时间的延长，许氏平鲉对气泡幕会产生一定的适应性。
图2 适应性实验中每10 min许氏平鲉通过气泡幕的尾次数Fig.2 The times of Sebastes schlegelii passing the bubble curtain within every 10 min in the adaption experiment
表5 适应性实验中每小时许氏平鲉通过气泡幕的尾次数及通过率Table 5 The passing times and PR of Sebastes schlegelii within every hour in the adaption experiment
3 讨论
3.1 气泡幕拦鱼机制
3.2 许氏平鲉对气泡幕的适应性
关于许氏平鲉对气泡幕的适应性，孔距和孔径实验各组重复试验之间经F检验差异不显著(F
3.3 气泡幕控鱼技术的应用
本实验是在室内水槽中进行的，与自然环境相比有很大差异，气泡幕的最终拦截效果还需要进行实地验证。RUEBUSH等学者在野外实地研究了声-气-光屏障对鳙鱼(Hypophthalmichthysnobilis)、银鲤(H.molitrix)和其它鱼的拦截效果，结果显示拦截系统对所有试验鱼的阻拦率皆在97%以上[10]。Zielinski在野外实地检验了自行设计的气泡幕对鲤鱼(CyprinuscarpioL.)的拦截效果，拦截率与实验室所得结果[15]相比略低，但整体来看与实验室所得结果一致[11]。自然环境中水域广大，鱼的密度比实验环境中小得多，鱼若远离气泡幕可在很大程度上降低气泡幕对鱼的影响，而且自然水域中有很多躲避的场所，从这方面来说自然水域中气泡幕的阻拦效果可能会更好。但是自然水域中还有很多不利于气泡幕控制鱼群的因素，例如，自然水域中存在水流，会使气泡幕变形；水域太深，水底压强大，给充气造成困难；通气管出气孔一般较小，自然水域中附着生物活性强，又有水底泥沙的影响，易堵塞出气孔；维持气泡幕产生的能耗问题；等等。Noatch和Suski两位学者认为气泡幕在实际应用过程中会受到很多因素的影响，比如浊度、水深、水底地形等；如何保证整个散气装置的均匀出气是一个主要的设计限制，同时水深的变化还会给气泡幕安装施工带来很大挑战[18]。气泡幕由于受到自身特点的限制，无法完全拦截鱼群，与其它鱼群控制技术的联合使用可更好的发挥其作用。Taylor等学者指出综合的声-气-电屏障在拦截鳙鱼的迁移上具有良好的发展前景[19]。气泡幕与光在联合作用下可将对多种淡水鱼和河口鱼的阻拦效果提升到90%～98%[20]，气泡幕与声音的结合可将大眼狮鲈(Sandervitreus)逃逸率由89.3%降到44.1%[14]，RUEBUSH等学者的野外实地声-气-光屏障对鳙鱼、银鲤和其它鱼的拦截率皆在97%以上[10]。但是Stewart等学者研究表明气泡幕与闪光的结合并没有显著提高对大梭鱼(Esoxmasquinongy)幼鱼的拦截效果，气泡幕和光屏障不能有效拦截大梭鱼幼鱼的逃逸[21]，Flammang等学者也指出光的使用并没有起到拦截作用[14]，因此不同控鱼机制的联合应用还有待进一步研究。
4 结论
本实验所采用9种规格的气泡幕对许氏平鲉都有极显著(t>t0.01)的拦截效果，形成气泡幕的通气管出气孔的孔距和孔径是影响气泡幕拦截效果的重要因素(F>F0.05)，其中孔距2.0cm、孔径1.0mm对应的气泡幕的阻拦效果最好(100%)；许氏平鲉在孔距、孔径实验的3次重复试验间没有产生显著适应性(F
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责任编辑 朱宝象
Studies on Obstructing Effect of Air-Bubble Curtain on Sebastes schlegelii
CHEN Zhao1, HUANG Liu-Yi1, HUANG Hong-Liang2, TANG Yan-Li1, SUN Feng-De3, HAO Lian-Xu1, DANG Rong-Zhe1, GONG Jian-Bo1, ZHU Qin1
(1.College of Fisheries, Ocean University of China, Qingdao 266003, China; 2.Key Laboratory of East China Sea & Oceanic Fishery Resources Exploitation and Utilization, Ministry of Agriculture, Shanghai 200090, China; 3.Ocean and Fisheries Bureau of Jiaozhou, Qingdao 266400, China)
The air-bubble curtain is commonly used as one of the fish controlling technique in marine ranching. In order to find out the standard of air-bubble curtain showing the best obstructing effect onSebastesschlegeliiand determine the adaption of this fish species to air-bubble curtain, indoor experiments were undertaken to investigate the intercepting effect of immovable air-bubble curtain onS.schlegelii. The bubble curtain was formed with a air pumped hard polyethylene pipe with a range of pores. The polyethylene pipe has two types, one has fixed pores of 0. 5 mm in diameter and 1.0, 2.0, 3.0, 5.0 and 10.0cm in interval, while the other has pores of fixed 2.0cm intervals and 0.2, 0.5, 0. 8, 1.0 and 1.5mm in diameter. The result showed that (1) all the 9 air-bubble curtains had a significant (t>t0.01) intercepting effect; (2) the average obstructing rate of curtains with pores of fixed interval were 71.43%, 95.24%, 92.98%, 53. 85% and 80.14%, respectively, and the curtain with pores of 2.0cm interval showed the best effect; (3) the average obstructing rate of curtains with the pores of fixed diameter was 96.03%, 95.24%, 82.05%, 100% and 98.74%, respectively, and that of 1.0mm diameter was the best; and (4) the fish did not significantly (F
Sebastesschlegelii; air-bubble curtain; pore interval; pore diameter; obstructing rate
公益性项目(农业)行业专项(201203018)；农业部东海与远洋渔业资源开发利用重点实验室开放课题项目(2014K05)；中国海洋大学本科生训练计划项目(1112010616)资助 Supported by Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest (201203018); Key Laboratory of East China Sea & Oceanic Fishery Resources Exploitation and Utilization, Ministry of Agriculture P.R.China(2014K05); Student Research Developing Program of Ocean University of China (1112010616)
2015-11-01；
2016-04-20
陈 钊(1987-)，男，硕士生，研究方向：增殖养殖工程。E-mail：cz19890205@163.com
** 通讯作者：E-mail：huangly@ouc.edu.cn
S957.9
A
1672-5174(2017)03-051-07
10.16441/j.cnki.hdxb.20150403
陈钊， 黄六一， 黄洪亮， 等. 固定气泡幕对许氏平鲉阻拦效果的研究[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2017, 47(3): 51-57.
CHEN Zhao， HUANG Liu-Yi， HUANG Hong-Liang, et al. Studies on obstructing effects of air-bubble curtain onSebastesschlegelii[J]. Periodical of Ocean University of China, 2017, 47(3): 51-57.
