不同流速下氣泡幕和閃光對(duì)光倒刺鲃趨避行為的影響.docx

1、第39卷第5期2015年9月水生生物學(xué)報(bào)ACTAHYDROB1OLOGICASINICAVol.39,No.5Sep.,2015doi:10.7541/2015.140不同流速下氣泡幕和閃光對(duì)光倒刺蛆趨避行為的影響羅佳I白艷勤I林晨宇'王濤I劉國(guó)勇'劉德富】石小濤I"(1.三峽大學(xué),三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部工程研究中心，宜昌443002;2.水利部水工程生態(tài)效應(yīng)與生態(tài)修夏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢430079;3.云南大學(xué)國(guó)際河流與生態(tài)安全研究院，昆明650091)THEINFLUENCEOFBUBBLECURTAINANDSTROBELIGHTTOAPPROACH-AVOIDA

2、NCEBEHAVIOROFSPINIBARBUSHOLLANDIOSHIMAINDIFFERENTFLOWVELOVITYLUOJia',BAIYan-Qin1,LinChen-Yu1,WANGTao1,LIUGuo-Yong1,LIUDe-Fu1andSHIXiao-Tao1-2*3(1.EngineeringResearchCenterofEco-environmentinThreeGorgesReservoirRegion,ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China;2.KeyLaboratoryofEcologicalImpac

3、tsofHydraulic-ProjectsandRestorationofAquaticEcosystemofMinistryofWaterResources,Wuhan430079,China;3.InstituteofInternationalRiversandEco-security,YunnanUniversity,Kunming650091,China)關(guān)鍵詞：流速；氣泡幕；閃光燈；光倒刺紀(jì)Keywords:Flowrate;Bubblecurtain;Strobelight;SpinibarbushollandiOshima中圖分類(lèi)號(hào)：Q142.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000

4、-3207(2015)05-1065-04魚(yú)類(lèi)運(yùn)動(dòng)的定向誘導(dǎo)技術(shù)具備重要應(yīng)用前景"如海洋捕撈和過(guò)魚(yú)設(shè)施魚(yú)類(lèi)誘集。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者建議通過(guò)魚(yú)類(lèi)對(duì)外界環(huán)境因子如氣泡、光照、聲音、水流等響應(yīng)行為的研究，來(lái)探討魚(yú)類(lèi)的誘趨技術(shù)。其中氣泡幕和閃光誘驅(qū)角技術(shù)被認(rèn)為是佰類(lèi)潛在無(wú)損傷定向膽導(dǎo)技術(shù)之項(xiàng)。氣泡幕通過(guò)管中釋放壓縮空氣產(chǎn)生，閃光則是由光源在短時(shí)間內(nèi)的間歇性變化(包含顏色或光強(qiáng))形成。魚(yú)類(lèi)對(duì)氣泡幕和光既可能產(chǎn)生趨性行為，也可能產(chǎn)生避讓行為。然而，目前的研究多是在靜水實(shí)驗(yàn)條件下開(kāi)展，與自然情況的流水狀態(tài)有所不同。相關(guān)研究表明流速對(duì)魚(yú)類(lèi)行為有里要影響，魚(yú)類(lèi)在不同流速下對(duì)氣泡幕和閃光的響應(yīng)行為有待深入研

5、究。光倒刺Spinibarbushollandi)屬鯉形目、鯉科、SE亞科、倒刺紀(jì)屬，主要分布于長(zhǎng)江以南各水系，在北盤(pán)江流域有廣泛的分布。北盤(pán)江流域梯級(jí)水電站開(kāi)發(fā)后，該流域光倒剌郭的數(shù)埴明顯減少，光倒刺郭已經(jīng)成為該流域的保護(hù)龜類(lèi)。在減緩北盤(pán)江流域水電工程生態(tài)負(fù)面影響的工程措施中，涉及需要進(jìn)行光倒刺蛆的定向趨避。因此，本研究以光倒刺郭為研究對(duì)象，在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)條件下研究了其在不同流速下對(duì)氣泡幕和閃光的趨避行為。1材料與方法1.1實(shí)驗(yàn)材料實(shí)驗(yàn)用魚(yú)為貴州北盤(pán)江增殖放流站提供的光倒刺初體長(zhǎng)(20.36±1.71)cm,體重(】24.60=33.28)g,暫養(yǎng)于三峽大學(xué)生態(tài)水工實(shí)驗(yàn)室，暫養(yǎng)水槽規(guī)格

6、為長(zhǎng)4.0m,寬4.0m,高1.2ma暫養(yǎng)7d,待其生活狀況穩(wěn)定，正常進(jìn)食和游動(dòng)后開(kāi)始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用水為曝氣72h以上的自來(lái)水，哲養(yǎng)期間，持續(xù)曝氣，每天換水1/4左右。暫養(yǎng)期間水溫(2O.2±O.5)*C,自然光照周期。共獲得實(shí)驗(yàn)魚(yú)的樣本為200尾，實(shí)驗(yàn)時(shí)每次隨機(jī)選取5尾大小均等健康的實(shí)驗(yàn)魚(yú)。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將實(shí)驗(yàn)魚(yú)放入另一個(gè)直徑2.0m、高0.5m、水深0.3m的圓形水槽暫養(yǎng)。根據(jù)行為學(xué)實(shí)驗(yàn)要求，同一實(shí)驗(yàn)魚(yú)不重復(fù)實(shí)驗(yàn)，以防止實(shí)驗(yàn)用魚(yú)對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境產(chǎn)生適收稿日期：2015-01-12;修訂日期：2015-07-20基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(51009082);水利部水工程生態(tài)效應(yīng)與生態(tài)

7、修熨重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(2013002)三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育匚程研究中心開(kāi)放基金(No.KF2013-03)資助作者簡(jiǎn)介：羅佳(1988-),女，湖北荊門(mén)人；碩士；主要從事魚(yú)類(lèi)行為學(xué)研究.、E-maikjiajiadcbaiyangshu通信作者：石小濤(1981),男，湖北紅安人；博士；主要從事水生動(dòng)物生態(tài)學(xué)研究。E-mail:sxtshanghai應(yīng)，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。1.2實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)水槽為自行設(shè)計(jì)制作的魚(yú)類(lèi)游泳水槽（圖1）,水槽建在全封閉室內(nèi)，便于控制光照、水溫。水槽上方用日光燈照明，水溫（20.2±0.5）C。實(shí)驗(yàn)裝置的工作原理是通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)g的旋轉(zhuǎn)速度，改變螺旋槳f的

8、旋轉(zhuǎn)頻率，通過(guò)兩個(gè)多孔整流器c使游泳槽截面各處水流速度近似均勻。實(shí)驗(yàn)魚(yú)游泳區(qū)K5.0m,寬0.34m,高0.7m,上游有一個(gè)整流篩e?用于制造相對(duì)均勻的流場(chǎng)，同時(shí)作為攔網(wǎng)將實(shí)驗(yàn)他阻攔在游泳區(qū)，下游設(shè)置攔網(wǎng)b以避免實(shí)驗(yàn)依被沖走。在距整流師e2下游1.5m處鋪設(shè)一根內(nèi)徑為2cm的PVC管i和閃光燈帶j,底部PVC管的上側(cè)鉆有排小孔.閃光燈帶I司定在水槽兩側(cè)和底部，由控制器控制閃光頻率：氣泡幕由HG-750旋渦式充氣增氧機(jī)h（最大風(fēng)址72n?/h）產(chǎn)生的壓縮空氣，通過(guò)PVC管從水底PVC管i上的一排氣孔噴出產(chǎn)生。在距后攔網(wǎng)b上游1.5m處設(shè)資擋板c,b和c之間為實(shí)驗(yàn)魚(yú)的適應(yīng)區(qū)。實(shí)股采用視頻監(jiān)控,在水

9、槽側(cè)面安置四個(gè)數(shù)字?jǐn)z像儀（SL-6320AK）,用以觀測(cè)記錄實(shí)驗(yàn)魚(yú)的游泳行為并通過(guò)視頻統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖1實(shí)驗(yàn)裝置俯視示意圖Fig.1Planviewoftheexperimentalchannela.適應(yīng)區(qū)；b.攔網(wǎng)；c.擋板；d.實(shí)驗(yàn)魚(yú)：c.整流篩；f.螺旋槳：g.電機(jī);h拍氧機(jī);i.PVC管;j.閃光燈帶a.Adaptivearea;b.Blocknet;c.Dam-board;d.Testfish;e.Flowregulatinghoneycomb;f.Propeller;g.Electricmotor;h.Aerator;i.PVCtube;j.LED1.3實(shí)驗(yàn)方法在實(shí)驗(yàn)前，將實(shí)驗(yàn)水槽

10、中的水溫保持到與暫養(yǎng)槽中的水溫基本一致，即（20.2±0.5）C°實(shí)驗(yàn)用水為曝氣72h后的水，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后停止曝氣。實(shí)驗(yàn)水深40cmo實(shí)驗(yàn)時(shí)，設(shè)置4種不同的水流速速，即y為0、0.11、0.24和0.42m/s°氣泡幕實(shí)驗(yàn)在朦水3匚0m/s）條件下，根據(jù)產(chǎn)生不同的氣泡幕所需要:的孔徑和孔距的大小設(shè)置9種不同的氣泡幕密度（表I）,在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，選擇對(duì)實(shí)驗(yàn)魚(yú)阻攔最好的-種密度用于其他3種水流速度下的實(shí)驗(yàn)。靜水實(shí)驗(yàn)中，開(kāi)啟增氧機(jī)后，從底部PVC管上的小孔沖出一排連續(xù)獨(dú)立的不規(guī)則球形氣泡，形成“氣泡柵”，y泡在上升過(guò)程中，隨著外部壓強(qiáng)的不斷減小，體積隨之不斷膨脹,氣泡間相互

11、連接、混合，形成“氣泡墻”（圖2）。不同孔距所產(chǎn)生的氣泡幕視覺(jué)效果不一樣，孔距越大，氣泡越稀疏,氣泡墻越小，水面波動(dòng)也越小。在靜水條件下，氣泡幕垂直于底部，流水條件F氣泡幕與底部形成一定的關(guān)角，且流速越大，夾角越小（圖3）。v0m/sv=0.11m/sv=0.24m/sv=0.42m/soooo圖3在不同流速下的氣泡幕形態(tài)示.5：圖Fig.3Thebubblegridunderdifferentwatervelocity在進(jìn)行氣泡暮實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次實(shí)較時(shí)隨機(jī)選取5尾健康實(shí)驗(yàn)魚(yú)放入適應(yīng)區(qū)適應(yīng)20min后，抽離擋板。在沒(méi)有氣泡幕情況下，空白錄像lh后，待5尾實(shí)驗(yàn)角全部游至PVC管右側(cè)時(shí),開(kāi)啟氣泡幕（氣

12、壓14.7kPa）,繼續(xù)錄像lhn每組實(shí)驗(yàn)垂夏3次。閃光燈實(shí)驗(yàn)方法同上。實(shí)驗(yàn)在全黑條件下進(jìn)行。閃光頻率為每分鐘】30次。在每種流速下，同樣每次選擇5尾健康實(shí)驗(yàn)仇放入適應(yīng)區(qū)，暗適應(yīng)20mino然后抽離擋板，空白錄像lh后，待實(shí)驗(yàn)魚(yú)全都位于閃光燈帶右側(cè)時(shí),開(kāi)啟閃關(guān)燈，再錄1h,記錄實(shí)股魚(yú)通過(guò)閃光燈的次數(shù)，每組實(shí)驗(yàn)重殳3次。表1九種氣泡幕的密度Tab.lTheparameterofbubblecurtainswith9kindsofdensity參教Parameter實(shí)我分組編號(hào)Testgro叩numberIIIIIIIVVVIVIIVIIIIX孔距Pitch-row(cm)孔徑Aperture(m

13、m)1.01.01.04.04.04.01.01.52.01.01.52.01.01.52.01.4數(shù)據(jù)處理統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)魚(yú)在空白lh內(nèi)通過(guò)PVC管（閃光燈帶）的次數(shù)，氣泡（閃光）開(kāi)啟后lh內(nèi)實(shí)驗(yàn)通過(guò)氣泡幕的次數(shù)。氣泡幕（閃光）對(duì)兩種實(shí)驗(yàn)魚(yú)的阻攔或誘使效果主要由通過(guò)率（0?）和阻攔率（OR）的大小判斷，氣泡幕（閃光）的阻攔率越大，通過(guò)率越小，說(shuō)明氣泡幕（閃光）對(duì)實(shí)驗(yàn)魚(yú)的阻攔效果越好。通過(guò)率和阻攔率的計(jì)算公式如下：PR（%）=N0/NPCx100%,OR（%）=（1P&）x100%PR為通過(guò)率；O&為阻攔率；*C為無(wú)氣泡（閃光）時(shí)lh內(nèi)實(shí)驗(yàn)魚(yú)通過(guò)PVC管（或水池中線）

14、的尾次數(shù);曲為開(kāi)啟氣泡幕后lh內(nèi)實(shí)驗(yàn)魚(yú)通過(guò)氣泡幕的尾次數(shù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS17.0進(jìn)行分析,originlab8.1制圖,統(tǒng)計(jì)值使用平均位土標(biāo)準(zhǔn)差（Mean土SD）表示，用單因素方差分析法分析差異性，P<0.05表示差異顯著；P<0.01表示差異極顯著。2結(jié)果2.1氣泡幕對(duì)光倒刺覲游泳行為的影響在水流速度為0時(shí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)汁的9種密度氣泡幕對(duì)光倒剌郭均有較好的阻攔效果，旦阻攔效果之間不存在顯著性差異（P>0.05）（表2）0每種阻攔率都已達(dá)到90%以上，并且在密度為I、】1、1【1、V和IX時(shí)，阻攔率已接近100%。因此，在水流速度為0、0.10、0.24和0.4m/s時(shí),氣

15、泡幕攔魚(yú)實(shí)驗(yàn)都選擇在密度【下進(jìn)行。在產(chǎn)生水流后，在開(kāi)啟氣泡幕前后實(shí)驗(yàn)魚(yú)主要聚集在適應(yīng)區(qū)頂流，穿過(guò)PVC管的次數(shù)相對(duì)靜水條件卜.減少（表3）。與靜水中空白實(shí)驗(yàn)時(shí)相比，產(chǎn)生水流后的空白實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)魚(yú)在流水中穿過(guò)PVC管的次數(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于靜水中。2.2閃光對(duì)光倒刺郭游泳行為的影響在實(shí)驗(yàn)時(shí)，從距閃光燈帶0.15m處開(kāi)始對(duì)閃光燈強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，然后每隔0.3m處測(cè)忒一次（圖4）,距閃光燈0.15m處強(qiáng)度為134.2lx（lx為光照強(qiáng)度單位勒克斯），然后距酣燈帶越遠(yuǎn)強(qiáng)度越小，距離燈帶2.85m處時(shí)，強(qiáng)度只有3.8lx,已接近黑暗。如圖5所示，在靜水T（v=0m/s）,光倒剌蛆在無(wú)光和閃光條件卜穿越燈帶的次數(shù)都比

16、較頻繁，二者之間沒(méi)有差異（P>0.05）;在流速為0.11m/s時(shí)，在對(duì)照實(shí)驗(yàn)中穿越燈帶的次數(shù)也沒(méi)有差異性；在流速為0.24m/s時(shí)存在極顯著差異（P<0.01）。在水流速度為0.42m/s時(shí)，光倒刺覲在對(duì)照實(shí)驗(yàn)中穿越燈帶的次數(shù)均較少，且沒(méi)有差異性（P>0.05）o通過(guò)開(kāi)啟水流前后，光倒刺紀(jì)穿越燈帶上方的次數(shù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在特定的水流條件閃光對(duì)魚(yú)產(chǎn)生了吸引作用。表2靜水下不同密度氣泡幕對(duì)光倒刺蠅的阻攔率Tab.2Theblockingrateofdifferentbubblecurtainsunderstillwater(%)IIIIIIIVVVIVIIVIIIIX99.91*0

17、.1699.75±0.4299.89±0.2093.37±10.3799.62上0.4397.14=4.9596.99±2.6194.93±3.4899.78M.38表3氣泡幕開(kāi)啟前后實(shí)驗(yàn)魚(yú)穿過(guò)PVC管次數(shù)Tab.3Thetraversingtimesoftestfishbeforeandafteropeningthebubblecurtains水流速度Flowvelocityv(m/s)開(kāi)啟氣泡幕前通過(guò)PVC管上方的次數(shù)Thetraversingtimesoftestfishbeforeopeningthebubblecurtains開(kāi)啟氣泡

18、樣后通過(guò)PVC管E方的次數(shù)Thetraversingtimesoftestfishafteropeningthebubblecurtains0.111610.24910.421083討論3.1在不同水流速度下氣泡幕對(duì)光倒刺郭造成阻攔效應(yīng)氣泡幕是通過(guò)管中釋放壓縮空氣產(chǎn)生，從視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)以及感覺(jué)上來(lái)阻攔魚(yú)類(lèi)?，F(xiàn)有針對(duì)氣泡幕的研究主要是在靜水條件F進(jìn)行，陳勇等通過(guò)觀察紅鰭東方鮑（尸妃rubripes）.8種不同密度的氣泡幕的行為反應(yīng)發(fā)現(xiàn)，8種氣泡幕對(duì)兩種魚(yú)的阻攔率存在明顯的差異性；Kiyama等研究發(fā)現(xiàn)，氣泡幕對(duì)日本W(wǎng)ngraulis/a/o/wievs）和真燕Prognichthysagooz）能產(chǎn)

19、生聚集作用，而趙錫光等的研究發(fā)現(xiàn)，氣泡幕對(duì)黑蜩有阻攔作用；白艷勤等通過(guò)觀察氣泡幕對(duì)光倒刺蛆和白甲魚(yú)的影響研究發(fā)現(xiàn)，同一密度的氣泡幕對(duì)兩種魚(yú)的阻攔率也不一樣。而本研究中發(fā)現(xiàn),在靜水條件下，所設(shè)9種密度氣泡幕對(duì)光倒刺蛆的阻攔效果都超過(guò)了93%,而在3組流水實(shí)驗(yàn)下，空白實(shí)驗(yàn)時(shí),光倒刺能大都聚集在后攔網(wǎng)處頂流，幾乎不向前游動(dòng)，穿越PVC管的次數(shù)也很少，與靜水條件下差異顯著（P<0.05）,產(chǎn)生氣泡幕后，發(fā)現(xiàn)在特定的水流條件下，泡幕具有更好的定向?qū)~(yú)效果。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因，可能與水流有關(guān)，在水流條件下，氣泡幕與底部之間形成了一定的夾角（圖3）,并且流速越大，夾角越小。而在靜水條件R氣泡幕與底面央

20、角為90。、這與白艷勤等研究000000008420X642I1nn2).SUQ.E=SBZ邇哩米3134.249.2162.心.*.2.44土0.51.01.52.02.53.0距燈帶距離Distancetothelight(m)圖4實(shí)臉區(qū)閃光燈強(qiáng)度Fig.4FlashintensityofthetestareaFlowvelocity(ni/s)Flowvelocity(ni/s)OJOOOOQOOOO86420186422-SVE一一SUEAeH凝掐R妄M饕汰圖5閃光燈開(kāi)啟前后實(shí)羚魚(yú)穿越燈帶次數(shù)比較Fig.5Compareofthetraversingtimesbefore

21、andafterlightup結(jié)果相同。同時(shí)，不同流速下的氣泡幕對(duì)光倒刺覲的阻攔效果存在一定的差異性，說(shuō)明水流速度也是影響氣泡幕效果的主要因素之一，因此后續(xù)研究應(yīng)結(jié)合水流速度和氣泡幕密度來(lái)進(jìn)行研究，進(jìn)一步探討不同的水流條件R氣泡幕的誘驅(qū)作用。3.2在不同水流速度下光倒剌蛆對(duì)閃光的趨避行為閃光燈是一種典型的突發(fā)光刺激，通過(guò)光強(qiáng)或光色短時(shí)間內(nèi)發(fā)生變化而對(duì)魚(yú)類(lèi)產(chǎn)生視覺(jué)沖擊，從而阻止或者吸引俑.群。現(xiàn)有針對(duì)閃光的研究發(fā)現(xiàn)，魚(yú)類(lèi)對(duì)閃光一般會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)避行為。Nemeth等指出，銀大馬哈魚(yú)(OncorhynchusAe0)和大鱗大馬哈魚(yú)(Oncorhynchustsha-wytscha)-對(duì)閃光燈產(chǎn)生明顯的逃

22、避行為。Patrick等“°)指出，閃光燈對(duì)灰西緋pseudoharengus)、黃魚(yú)(Pseudosciaena和香.(Plecoglossusa/iivelis)會(huì)Tf明顯的驅(qū)趕效果，因此可用于水電站的入口處定向?qū)~(yú)。在本研究中卻發(fā)現(xiàn)，在特定水流條件下，閃光對(duì)光倒剌覲產(chǎn)生了吸引作用，這可能是由于物種差異性引起的，也可能是特定的水流條件影響了閃光燈的誘驅(qū)魚(yú)特性。從視頻觀察也發(fā)現(xiàn)，在流速為0.11和0.24m/s的空白實(shí)驗(yàn)中.光倒刺想很少穿越燈帶，大都聚集在后攔網(wǎng)處游動(dòng)；但是開(kāi)啟閃光后，光倒刺郭就開(kāi)始頻繁穿越燈帶，且喜歡聚集在燈帶附近游動(dòng)。這與很多研究者的研究結(jié)果相反29,訶能是由于

23、閃光燈的強(qiáng)度、頻率及顏色所造成的，巳在本實(shí)驗(yàn)中所設(shè)閃光強(qiáng)度(閃光燈附近為130lx)和背景光的顏色(白)有可能是光倒刺兄所偏好的強(qiáng)度和顏色。因此，在下一步的研究中，有必要進(jìn)一步開(kāi)展光倒刺蛆對(duì)光照強(qiáng)度和光照顏色的偏好實(shí)驗(yàn)。參考文獻(xiàn)：1 BaiYQ,LuoJ,NiuJT,etal.AvoidanceResponsesofHemibarbusmaculatesandOnychostomasimatoBubbleCurtainswithDifferentDensityJ.JournalofHydroecology.2013,34(4):63-69白艷勤，羅佳，?？?等.不同密度氣泡扉對(duì)花蜥和白甲色的

24、阻攔效應(yīng).水生態(tài)學(xué)雜志,2013,34(4):63-69ArimotoT,AkiyamaS,KikuyaK.etal.Eish-hcrdingcflectofanairbubblecurtainanditsapplicationtosetnetfisheriesJ.FishBehaviorinRelationtoFishingOperations,1991,196:1551602 SagerDR,HocuttCH,StaufferJR.Estuarinefishresponsestostrobelight,bubblecurtainsandstrobelight/bubble-curtainc

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