投喂频率对红鳍东方鲀生长和行为的影响

张 佳 葛晓雨 陈松猛 张 旭,李海霞王 婕马 真

(1.大连海洋大学海洋科技与环境学院,大连 116023;2.设施渔业教育部重点实验室,大连 116023;3.大连海洋大学水产与生命学院,大连 116023)

红鳍东方鲀(Takifugu rubripes),俗称河鲀,因其营养丰富、抗病能力强、生长速度快,是鲀形目中经济价值最高的种类之一[1]。随着国家政策的支持和消费市场的日益成熟,红鳍东方鲀已经成为我国北方名贵的经济鱼种之一,据2022《中国渔业统计年鉴》统计,2021年河鲀的养殖总产量达15391吨[2]。红鳍东方鲀生性凶猛,养殖过程中会出现明显的残食行为,可见大量缺鳍少尾个体,严重影响养殖效益和鱼类福利水平[3]。

不恰当的投喂频率是导致养殖条件下鱼类攻击的关键因子,也是影响鱼类生长性能和福利水平的重要因素之一[4]。李琪等[5]研究投喂频率对多纹钱蝶鱼(Selenotoca multifasciata)幼鱼生长的影响,结果发现当投喂频率为2次/d时,幼鱼的增重率和特定生长率显著高于1次/d。基于此,生产中多采用过量投喂的方式来尽可能地降低和减少鱼类的攻击行为。但过量投喂会带来饲料浪费,污染养殖水体水质和增大系统排污压力等一系列问题[6—8]。姜建湖等[9]研究了不同投喂频率对青鱼(Mylopharyngodon piceus)幼鱼生长的影响,结果发现当投喂频率为3次/d时,青鱼表现出最佳的生长性能,继续提高投喂频率并没有提高幼鱼的生长性能。除此之外,过量投喂还会导致鱼体将未被及时消化吸收完全的物质排出体外,不仅造成饲料的浪费,增加养殖成本,还会增加水体的污染。除此之外,残饲还会黏附在鱼的鳃丝上,干扰并降低供氧量,增加了鱼类缺氧的风险[10]。朱晓芳等[11]研究了投喂频率对珍珠龙胆石斑鱼(Epinephelusfuscoguttatus♀ ×Epinephelus lanceolatus♂)幼鱼生长及系统水质指标的影响,结果表明水中氨氮随着投喂频率增加而升高,pH随着投喂频率增加而降低,当投喂频率为2次/d时,幼鱼的生长性能最佳。随着鱼类福利化养殖的发展,根据鱼类自身摄食规律进行投喂,有助于增强鱼类身体机能,提高鱼类的生长性能并减轻环境压力[12],相关结果已经在许氏平鲉(Sebastes schlegelii)[13]、大菱鲆(Scophthalmus maximus)[14]及大西洋鲑(Salmo salar)[15]等的研究中被证实。

行为是鱼类对外在环境条件和内在生理状况的综合反映[16—18],是直观判定鱼类综合状况的指标之一[19]。根据行为表现对鱼群状态进行全面综合分析的无损测定方法已成为评判养殖效果的有效手段[20—22]。傅梁著等[23]通过计算红鳍东方鲀和竹荚鱼(Trachurus japonicus)群体平均游动速度、加速度以及游动高度等行为参数,对鱼类摄食活跃度进行了实时评估,确定了基于鱼类摄食行为表现的投喂策略。王婕等[24]对许氏平鲉在集约化养殖条件下的最适水流速度进行了研究,结果表明当流速为1.5 BL/s时,许氏平鲉表现出最高的平均游速,并表现出最佳的生长性能。Salierno等[25]以底鳉(Fundulus heteroclitus)为模式生物开发并量化鱼类集群行为的软件程序,结果表明,在鱼群的驯化过程中,移动距离和相邻对象之间的夹角是底鳉集群行为的关键指标。目前通过鱼类行为来指征优化生产过程中投喂频率的研究有限,而关于红鳍东方鲀的研究主要集中在生长性能、存活率及饲料利用等方面[26—28],将红鳍东方鲀的生长与行为相结合来优化投喂频率的研究较为缺乏。因此,本文研究了不同投喂频率对红鳍东方鲀幼鱼生长和行为的影响,研究结果能够为红鳍东方鲀健康养殖及规模化生产提供科学指导和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验于2021年10月在设施渔业教育部重点实验室进行,红鳍东方鲀从大连天正实业有限公司购买。实验用鱼初始体长为(6.9±0.9) cm,初始体重为(11.56±1.5) g。实验鱼暂养7d以适应实验环境。

1.2 实验设计

实验在总投喂量相同的基础上,共设置3个处理组,分别为3次/d(F3)组、4次/d(F4)组和5次/d(F5)组,其中F3的投喂时间为每天8: 00、14: 00和20: 00;F4为每天8: 00、12: 00、16: 00和20: 00;F5为每天8: 00、11: 00、14: 00、17: 00和 20: 00,选取商业浮性颗粒饲料(浙江粤海饲料有限公司,粗蛋白质≥44%,粗脂肪≥5%)进行投喂。每个处理设置3个重复,共使用9个白色聚乙烯水桶(H×D=78×80 cm),实验共进行28d。

选取红鳍东方鲀幼鱼324尾,随机平均放置在9个实验桶中,每桶36尾。实验期间保持水温为(20±1)℃,维持溶解氧含量＞6 mg/L,pH 7.8—8.0,每日换水量为50%。整个实验期间按幼鱼体重的5%计算总投喂量,每次生长采样后,根据幼鱼体重调整投喂量。各实验桶上方距离水面90 cm处均装有海康威视摄像机(DS-2CD3346WD-1),用于观察和记录红鳍东方鲀的行为。

1.3 生长数据采集

在实验开始的0、7d、14d、21d和28d,每桶分别随机捞取3尾鱼,在浓度为60 mg/L的丁香酚溶液中麻醉后,称量每尾鱼的体长和体重。体长日增长量(Length gain,LG,cm/d)、体重日增长量(Weight gain,WG,g/d)、特定生长率(Specific growth rate,SGR,%/d)、增重率(Weight gain rate,WGR,%)、肥满度(Condition factor,CF,g/cm3)和存活率(Survival rate,SR,%)和饲料利用效率(Feed conversion efficiency,FCE,%)的计算公式如下:

式中,ΔL为两次采样之间红鳍东方鲀的体长差(cm),Δt为两次采样之间的天数(d),ΔW为两次采样之间红鳍东方鲀的体重差(g),Wf为红鳍东方鲀的终体重(Final weight,Wf,g),Wi为红鳍东方鲀的初始体重(Initial weight,Wi,g),t为养殖天数(d),Lf为红鳍东方鲀的终体长(Final length,Lf,cm),N为实验结束时红鳍东方鲀的数量(尾),N0为实验开始时红鳍东方鲀的数量(尾),FC为饲料消耗量(Feed consumption,FC,g)。

1.4 行为分析

在生长采样之前的0、7d、14d、21d和28d的8:00,选取每桶视频亮度较高,游动状态较为清晰的6尾幼鱼作为观测对象(每个处理组共18尾),分别采集摄食前10min的视频。使用行为学分析软件(Noldue Ethovision XT 12.0)进行分析,采用动态剪影法进行目标识别,采集频率为12.5帧/s,测定幼鱼的平均游泳速度(Average velocity,V,cm/s)、最大加速度(The maximum acceleration,A,cm/s2)、角速度(Angular velocity,AV,°/s)、活跃度(Activity,%)和对象间距离(Distance between fish,DF,cm),计算公式如下:

式中,S为移动距离(cm),t为观测时间(s),Vn为n时刻幼鱼的游泳速度,Vn-1为n-1时刻幼鱼的游泳速度,Δt为两次采样的时间差(s),RTAn为幼鱼每秒方向角度变化(°/s),CPn为当前视频图像像素数,Pn为区域内视频图像总像素数,Xn和Yn为目标幼鱼n时刻坐标(cm),Xr,n和Yr,n为相邻幼鱼n时刻的坐标(cm)。

1.5 统计分析

所有数据均使用SPSS 25.0进行统计分析。生长和行为数据在进行正态分布检验和方差齐性检验后,采用单因素方差分析(One-way ANOVA)进行检验,通过LSD检验(Least significant difference,LSD)进行多重对比。不满足方差齐性的数据采用非参数检验(Nonparametric test)进行分析对比。行为数据通过广义线性混合模型(Generalized linear mixed models,GLMMs)的拟合,验证投喂频率、实验时间及投喂频率和实验时间的交互效应对幼鱼行为的影响。统计数据均用平均值±标准误(mean±SE)表示,显著性水平为P＜0.05。

2 结果

2.1 投喂频率对红鳍东方鲀幼鱼生长的影响

由表1可知,F4组红鳍东方鲀的最终体长、最终体重,特定生长率和饲料利用效率显著高于其他处理组(P＜0.05),F4组红鳍东方鲀的增重率显著高于F3组(P＜0.05),但F5组红鳍东方鲀的增重率与其他处理组之间没有显著差异(P＞0.05)。整个实验期间,各组红鳍东方鲀的肥满度没有显著差异(P＞0.05),F3组红鳍东方鲀的存活率显著低于F4和F5组(P＜0.05),F4组和F5组的存活率没有显著差异(P＞0.05)。图1给出了各组红鳍东方鲀体长日增长量和体重日增长量,结果显示F4组红鳍东方鲀的体长日增长量显著高于F3和F5组(P＜0.05),F5组红鳍东方鲀的体长日增长量也显著高于F3组,F4和F5组红鳍东方鲀的体重日增长量显著高于F3组(P＜0.05),但F4和F5组之间没有显著差异(P＞0.05)。

图1 不同投喂频率对红鳍东方鲀体长和体重的影响Fig.1 Effects of different feeding frequencies on the length and weight ofTakifugu rubripes

表1 不同投喂频率对红鳍东方鲀生长的影响Tab.1 Effects of different feeding frequencies on the growth ofTakifugu rubripes

2.2 投喂频率对红鳍东方鲀幼鱼行为的影响

投喂频率对红鳍东方鲀幼鱼运动参数的影响如图2所示，随着实验时间增加,实验7d后,F4组红鳍东方鲀的速度显著高于F3组(P＜0.05),显著低于F5组(P＜0.05),实验结束时,F4组红鳍东方鲀的速度显著高于其他处理组(P＜0.05),F3组红鳍东方鲀的速度显著高于F5组(P＜0.05;图2a)。在实验7d后,各组红鳍东方鲀的加速度开始出现差异,其中F4组红鳍东方鲀加速度显著低于其他处理组(P＜0.05),F5组红鳍东方鲀加速度显著高于其他处理组(P＜0.05)。在实验结束时,F4组红鳍东方鲀加速度显著低于F5组(P＜0.05),F3组红鳍东方鲀的加速度与其他处理组之间没有显著差异(P＞0.05;图2b)。

图2 不同投喂频率对红鳍东方鲀运动参数的影响Fig.2 Effects of different feeding frequencies on the motion parameters ofTakifugu rubripes

GLMMs分析结果表明,F4组红鳍东方鲀的游泳速度受到实验时间和投喂频率交互效应的显著影响(P＜0.05),F5组红鳍东方鲀的速度受实验时间和投喂频率的交互效应不显著(P＞0.05)。两两对比的结果显示,实验时间和投喂频率交互效应显著提高F4组红鳍东方鲀的速度(P＜0.05;表2)和F5组红鳍东方鲀的加速度(P＜0.05;表3)。

表2 红鳍东方鲀速度影响因素GLMMs结果Tab.2 Effects of feeding frequencies on the velocity ofTakifugu rubripes

表3 红鳍东方鲀加速度影响因素GLMMs结果Tab.3 Effects of feeding frequencies on the acceleration ofTakifugu rubripes

投喂频率对红鳍东方鲀幼鱼活动状态的影响如图3所示，随着实验时间的增加,在实验7d后,各组红鳍东方鲀的角速度出现差异,其中F4和F5组红鳍东方鲀的角速度显著低于F3组(P＜0.05),F4和F5组红鳍东方鲀的角速度没有显著差异(P＞0.05),在实验结束时,F4组红鳍东方鲀的角速度显著高于F3和F5组(P＜0.05),F3和F5组红鳍东方鲀的角速度没有显著差异(P＞0.05;图3a);在实验7d后,F4组红鳍东方鲀的活跃度与其他处理组均没有显著差异(P＞0.05),F5组红鳍东方鲀的活跃度显著低于F3组(P＜0.05)。在实验结束时,F4组红鳍东方鲀的活跃度要显著低于F3和F5组(P＜0.05;图3b),F3和F5组红鳍东方鲀的活跃度没有显著差异(P＞0.05)。GLMMs分析结果显示,实验时间和投喂频率交互效应对各组红鳍东方鲀的角速度和活跃度的影响不显著(P＞0.05;表4和表5)。

图3 不同投喂频率对红鳍东方鲀活动状态的影响Fig.3 Effects of different feeding frequencies on the active state ofTakifugu rubripes

表4 红鳍东方鲀角速度影响因素GLMMs结果Tab.4 Effects of feeding frequencies on the angular velocity ofTakifugu rubripes

表5 红鳍东方鲀活跃度影响因素GLMMs结果Tab.5 Effects of feeding frequencies on the activity ofTakifugu rubripes

投喂频率对红鳍东方鲀幼鱼集群分布的影响如图4所示，随着实验时间增加,红鳍东方鲀对象间距离呈现先下降后上升的趋势。在实验开始时,各组红鳍东方鲀的对象间距离没有显著差异(P＞0.05),在实验结束时,F4组红鳍东方鲀的对象间距离显著低于F3组(P＜0.05),F4组红鳍东方鲀的对象间距离显著高于F5组(P＜0.05)。根据GLMMs分析结果表明,在两两对比中实验时间和投喂频率交互效应显著降低F5组红鳍东方鲀的对象间距离(P＜0.05;表6)。

图4 不同投喂频率对红鳍东方鲀集群分布的影响Fig.4 Effects of different feeding frequencies on the cluster distribution ofTakifugu rubripes

表6 红鳍东方鲀对象间距离影响因素GLMMs结果Tab.6 Effects of feeding frequencies on the distance between fish ofTakifugu rubripes

3 讨论

摄食是影响鱼类生长的重要因素,投喂频率是影响养殖环境下鱼类摄食的重要因素之一[29]。本研究结果发现,在总投喂量一致的情况下,F3组红鳍东方鲀的生长显著低于F4组,原因可能是因为投喂频率过低时,鱼类进食间隔增长,容易使鱼类处于饥饿状态,进而影响鱼类生长[30]。除此之外,较低的投喂频率还会加剧鱼类之间的竞争,导致鱼类互相残食,进而影响整体的养殖效益。Ishibashi等[31]研究结果表明,较低的投喂频率会显著提高太平洋蓝鳍金枪鱼(Thunnus orientalis)幼鱼群体内部竞争的概率,使得幼鱼互相残食的频率升高,导致幼鱼大量死亡,最终影响养殖收益。刘伟[32]研究表明,适当增加投喂次数可以提高饲料的利用率,促进鱼类的生长性能。但是投喂频率过高会造成鱼类摄食活动过于频繁,导致鱼类生长发育所需要的能量用来维持自身活动所消耗的能量,反而不利于鱼类自身的生长发育,这可能是导致F4组红鳍东方鲀的生长性能显著高于F5组的原因之一[33]。类似结果在大口黑鲈(Micropterus salmoides)[34]和异育银鲫(Carassius auratus gibelio)[35]中被证实。但是卫育良等[36]对红鳍东方鲀幼鱼的研究结果表明,在达到红鳍东方鲀表观饱食水平的基础上,规格为15 g的红鳍东方鲀适宜的投喂频率为2—3次/d,这与本研究的结果有所不同,出现差异的原因可能是由于鱼类在不同生长发育阶段所适宜的最佳投喂频率有所不同,例如全长为3—5 cm的点带石斑鱼(Epinephelus malabaricus)最佳投喂频率是3次/d,当其长到16—17 cm时,最佳投喂频率则是1次/d[37]。此外,F4组红鳍东方鲀的体长增长显著快于F3和F5组,这进一步表明了4次/d的投喂频率有利于幼鱼的生长。

付成等[38]研究鲤(Cyprinus carpio)幼鱼时发现,处于饥饿状态的幼鱼为适应饥饿会降低游泳速度,以使有限的身体储能维持更长的生存时间。本研究结果显示,F3组红鳍东方鲀的速度显著低于F4组,导致F3组红鳍东方鲀速度较低的原因可能是由于投喂频率较低,使得鱼类处于饥饿状态的时间较长,需要通过降低自身游泳速度来达到减少能量消耗的目的,影响了鱼类的摄食状态[39]。与此同时,F5组红鳍东方鲀的速度也显著低于F4组,这可能是由于较高的投喂频率使得幼鱼摄食频繁,扰乱了幼鱼的消化代谢活动[34],进而对幼鱼的摄食状态造成影响,最终表现为幼鱼游速的降低和生长的减慢[39]。此外,F5组红鳍东方鲀的加速度显著高于F3和F4组,但F3与F4组红鳍东方鲀的加速度没有显著差异。其中,F5组红鳍东方鲀的加速度较高的原因之一在于投喂频率过高会使得鱼类一直处于摄食状态,导致鱼类自发运动增多[40],而鱼类较多的自发运动会消耗其用于生长的能量,最终影响鱼类的生长和福利水平,类似研究在太平洋蓝鳍金枪鱼幼鱼[31]中有所体现。此外,投喂频率次数过高会使得鱼类产生一定的压力,如黄毅等[41]研究斑马鱼(Danio rerio)群体行为时发现,处于不良状态下的斑马鱼会表现出快速不安的加速游动状态。

有研究表明活动状态与个体饥饿程度有关[42],本研究结果显示,在实验结束时,F3和F5组红鳍东方鲀的活跃度要显著高于F4组,而F3组与F5组红鳍东方鲀的活跃度之间没有显著差异,其中F3组红鳍东方鲀可能因投喂频率较低使得进食间隔时间较长,鱼类进食欲望较强烈,从而导致其活跃度有所升高。Ariyomo等[43]研究了投喂时间对斑马鱼行为的影响,结果表明,随着投喂间隔的延长和鱼类饥饿程度的增加,鱼类的活跃度和攻击性均显著增加,最终导致鱼类的生长性能下降。而较高的投喂频率使鱼类摄食的频率较高[44],这可能是F5组红鳍东方鲀的活跃度高于F4组的因素之一。综上所述,本实验推测4次/d的投喂频率可能使得红鳍东方鲀幼鱼的能量分配发生转变,更多的能量被用于生长和游泳而不是日常活动。

对象间距离是研究鱼群的空间分布、结构、凝聚力及稳定性的重要指标[42,45]。鱼类的集群行为有利于增加觅食成功率、改善游泳效益等,但同时也会加剧对食物、空间等资源竞争[46,47]。当对象间距离增大时,群体凝聚力和稳定性会降低,影响鱼群应对压力挑战的能力[45],而对象间距离过小,会使得鱼类的压力有所增加,不利于鱼类自身生长[19]。本实验结果表明F4组红鳍东方鲀群体的凝聚力和稳定性较好,能更好地适应养殖环境。F5组红鳍东方鲀的对象间距离最小,这可能是因为投喂次数过于频繁使得鱼类一直处于游动状态,自发性行为的增多,增加了鱼类的压力。这会使得鱼类更容易出现互相碰撞[48],提高鱼类相互攻击的频率,最终降低了鱼类自身的福利水平。在实验结束时,F3组红鳍东方鲀的对象间距离显著高于其他处理组,这可能是由于因投喂间隔延长使得鱼类个体需要扩大搜索范围来提高觅食效率,减少个体间的食物竞争,但从能量学角度来说,这会过量消耗个体能量[49]。角速度表征了鱼类的游泳稳定性[50],在实验结束时,F4组红鳍东方鲀的角速度高于F3与F5组,这也进一步表明F4组红鳍东方鲀幼鱼群体具有较好的稳定性。

综上所述,本研究结果表明,当红鳍东方鲀幼鱼体长为(6.9±0.9) cm,体重为(11.56±1.5) g时,其最适宜的投喂频率为4次/d,并可以将速度和对象间距离作为监测指标来判断鱼类的摄食状态,并根据相应指标适当调整投喂频率来实现精细化智能化养殖。