不同流速下气泡幕和闪光对光倒刺鲃趋避行为的影响.docx

1、第39卷第5期2015年9月水生生物学报ACTAHYDROB1OLOGICASINICAVol.39,No.5Sep.,2015doi:10.7541/2015.140不同流速下气泡幕和闪光对光倒刺蛆趋避行为的影响罗佳I白艳勤I林晨宇'王涛I刘国勇'刘德富】石小涛I"(1.三峡大学,三峡库区生态环境教育部工程研究中心，宜昌443002;2.水利部水工程生态效应与生态修夏重点实验室,武汉430079;3.云南大学国际河流与生态安全研究院，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)关键词：流速；气泡幕；闪光灯；光倒刺纪Keywords:Flowrate;Bubblecurtain;Strobelight;SpinibarbushollandiOshima中图分类号：Q142.8文献标识码：A文章编号：1000

4、-3207(2015)05-1065-04鱼类运动的定向诱导技术具备重要应用前景"如海洋捕捞和过鱼设施鱼类诱集。目前国内外学者建议通过鱼类对外界环境因子如气泡、光照、声音、水流等响应行为的研究，来探讨鱼类的诱趋技术。其中气泡幕和闪光诱驱角技术被认为是佰类潜在无损伤定向胆导技术之项。气泡幕通过管中释放压缩空气产生，闪光则是由光源在短时间内的间歇性变化(包含颜色或光强)形成。鱼类对气泡幕和光既可能产生趋性行为，也可能产生避让行为。然而，目前的研究多是在静水实验条件下开展，与自然情况的流水状态有所不同。相关研究表明流速对鱼类行为有里要影响，鱼类在不同流速下对气泡幕和闪光的响应行为有待深入研

5、究。光倒刺Spinibarbushollandi)属鲤形目、鲤科、SE亚科、倒刺纪属，主要分布于长江以南各水系，在北盘江流域有广泛的分布。北盘江流域梯级水电站开发后，该流域光倒剌郭的数埴明显减少，光倒刺郭已经成为该流域的保护龟类。在减缓北盘江流域水电工程生态负面影响的工程措施中，涉及需要进行光倒刺蛆的定向趋避。因此，本研究以光倒刺郭为研究对象，在室内实验条件下研究了其在不同流速下对气泡幕和闪光的趋避行为。1材料与方法1.1实验材料实验用鱼为贵州北盘江增殖放流站提供的光倒刺初体长(20.36±1.71)cm,体重(】24.60=33.28)g,暂养于三峡大学生态水工实验室，暂养水槽规格

6、为长4.0m,宽4.0m,高1.2ma暂养7d,待其生活状况稳定，正常进食和游动后开始进行实验。实验用水为曝气72h以上的自来水，哲养期间，持续曝气，每天换水1/4左右。暂养期间水温(2O.2±O.5)*C,自然光照周期。共获得实验鱼的样本为200尾，实验时每次随机选取5尾大小均等健康的实验鱼。在实验结束后，将实验鱼放入另一个直径2.0m、高0.5m、水深0.3m的圆形水槽暂养。根据行为学实验要求，同一实验鱼不重复实验，以防止实验用鱼对实验环境产生适收稿日期：2015-01-12;修订日期：2015-07-20基金项目：国家自然科学基金(51009082);水利部水工程生态效应与生态

7、修熨重点实验室开放基金(2013002)三峡库区生态环境教育匚程研究中心开放基金(No.KF2013-03)资助作者简介：罗佳(1988-),女，湖北荆门人；硕士；主要从事鱼类行为学研究.、E-maikjiajiadcbaiyangshu通信作者：石小涛(1981),男，湖北红安人；博士；主要从事水生动物生态学研究。E-mail:sxtshanghai应，影响实验结果的可靠性。1.2实验装置实验水槽为自行设计制作的鱼类游泳水槽（图1）,水槽建在全封闭室内，便于控制光照、水温。水槽上方用日光灯照明，水温（20.2±0.5）C。实验装置的工作原理是通过调节电机g的旋转速度，改变螺旋桨f的

8、旋转频率，通过两个多孔整流器c使游泳槽截面各处水流速度近似均匀。实验鱼游泳区K5.0m,宽0.34m,高0.7m,上游有一个整流筛e?用于制造相对均匀的流场，同时作为拦网将实验他阻拦在游泳区，下游设置拦网b以避免实验依被冲走。在距整流师e2下游1.5m处铺设一根内径为2cm的PVC管i和闪光灯带j,底部PVC管的上侧钻有排小孔.闪光灯带I司定在水槽两侧和底部，由控制器控制闪光频率：气泡幕由HG-750旋涡式充气增氧机h（最大风址72n?/h）产生的压缩空气，通过PVC管从水底PVC管i上的一排气孔喷出产生。在距后拦网b上游1.5m处设资挡板c,b和c之间为实验鱼的适应区。实股采用视频监控,在水

9、槽侧面安置四个数字摄像仪（SL-6320AK）,用以观测记录实验鱼的游泳行为并通过视频统计实验数据。图1实验装置俯视示意图Fig.1Planviewoftheexperimentalchannela.适应区；b.拦网；c.挡板；d.实验鱼：c.整流筛；f.螺旋桨：g.电机;h拍氧机;i.PVC管;j.闪光灯带a.Adaptivearea;b.Blocknet;c.Dam-board;d.Testfish;e.Flowregulatinghoneycomb;f.Propeller;g.Electricmotor;h.Aerator;i.PVCtube;j.LED1.3实验方法在实验前，将实验水槽

10、中的水温保持到与暂养槽中的水温基本一致，即（20.2±0.5）C°实验用水为曝气72h后的水，实验开始后停止曝气。实验水深40cmo实验时，设置4种不同的水流速速，即y为0、0.11、0.24和0.42m/s°气泡幕实验在朦水3匚0m/s）条件下，根据产生不同的气泡幕所需要:的孔径和孔距的大小设置9种不同的气泡幕密度（表I）,在实验结束后，选择对实验鱼阻拦最好的-种密度用于其他3种水流速度下的实验。静水实验中，开启增氧机后，从底部PVC管上的小孔冲出一排连续独立的不规则球形气泡，形成“气泡栅”，y泡在上升过程中，随着外部压强的不断减小，体积随之不断膨胀,气泡间相互

11、连接、混合，形成“气泡墙”（图2）。不同孔距所产生的气泡幕视觉效果不一样，孔距越大，气泡越稀疏,气泡墙越小，水面波动也越小。在静水条件下，气泡幕垂直于底部，流水条件F气泡幕与底部形成一定的关角，且流速越大，夹角越小（图3）。v0m/sv=0.11m/sv=0.24m/sv=0.42m/soooo图3在不同流速下的气泡幕形态示.5：图Fig.3Thebubblegridunderdifferentwatervelocity在进行气泡暮实验时，每次实较时随机选取5尾健康实验鱼放入适应区适应20min后，抽离挡板。在没有气泡幕情况下，空白录像lh后，待5尾实验角全部游至PVC管右侧时,开启气泡幕（气

12、压14.7kPa）,继续录像lhn每组实验垂夏3次。闪光灯实验方法同上。实验在全黑条件下进行。闪光频率为每分钟】30次。在每种流速下，同样每次选择5尾健康实验仇放入适应区，暗适应20mino然后抽离挡板，空白录像lh后，待实验鱼全都位于闪光灯带右侧时,开启闪关灯，再录1h,记录实股鱼通过闪光灯的次数，每组实验重殳3次。表1九种气泡幕的密度Tab.lTheparameterofbubblecurtainswith9kindsofdensity参教Parameter实我分组编号Testgro叩numberIIIIIIIVVVIVIIVIIIIX孔距Pitch-row(cm)孔径Aperture(m

13、m)1.01.01.04.04.04.01.01.52.01.01.52.01.01.52.01.4数据处理统计实验鱼在空白lh内通过PVC管（闪光灯带）的次数，气泡（闪光）开启后lh内实验通过气泡幕的次数。气泡幕（闪光）对两种实验鱼的阻拦或诱使效果主要由通过率（0?）和阻拦率（OR）的大小判断，气泡幕（闪光）的阻拦率越大，通过率越小，说明气泡幕（闪光）对实验鱼的阻拦效果越好。通过率和阻拦率的计算公式如下：PR（%）=N0/NPCx100%,OR（%）=（1P&）x100%PR为通过率；O&为阻拦率；*C为无气泡（闪光）时lh内实验鱼通过PVC管（或水池中线）

14、的尾次数;曲为开启气泡幕后lh内实验鱼通过气泡幕的尾次数。实验数据采用SPSS17.0进行分析,originlab8.1制图,统计值使用平均位土标准差（Mean土SD）表示，用单因素方差分析法分析差异性，P<0.05表示差异显著；P<0.01表示差异极显著。2结果2.1气泡幕对光倒刺觐游泳行为的影响在水流速度为0时，实验设汁的9种密度气泡幕对光倒剌郭均有较好的阻拦效果，旦阻拦效果之间不存在显著性差异（P>0.05）（表2）0每种阻拦率都已达到90%以上，并且在密度为I、】1、1【1、V和IX时，阻拦率已接近100%。因此，在水流速度为0、0.10、0.24和0.4m/s时,气

15、泡幕拦鱼实验都选择在密度【下进行。在产生水流后，在开启气泡幕前后实验鱼主要聚集在适应区顶流，穿过PVC管的次数相对静水条件卜.减少（表3）。与静水中空白实验时相比，产生水流后的空白实验中实验鱼在流水中穿过PVC管的次数也远远小于静水中。2.2闪光对光倒刺郭游泳行为的影响在实验时，从距闪光灯带0.15m处开始对闪光灯强度进行测试，然后每隔0.3m处测忒一次（图4）,距闪光灯0.15m处强度为134.2lx（lx为光照强度单位勒克斯），然后距酣灯带越远强度越小，距离灯带2.85m处时，强度只有3.8lx,已接近黑暗。如图5所示，在静水T（v=0m/s）,光倒剌蛆在无光和闪光条件卜穿越灯带的次数都比

16、较频繁，二者之间没有差异（P>0.05）;在流速为0.11m/s时，在对照实验中穿越灯带的次数也没有差异性；在流速为0.24m/s时存在极显著差异（P<0.01）。在水流速度为0.42m/s时，光倒刺觐在对照实验中穿越灯带的次数均较少，且没有差异性（P>0.05）o通过开启水流前后，光倒刺纪穿越灯带上方的次数对比发现，在特定的水流条件闪光对鱼产生了吸引作用。表2静水下不同密度气泡幕对光倒刺蝇的阻拦率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气泡幕开启前后实验鱼穿过PVC管次数Tab.3Thetraversingtimesoftestfishbeforeandafteropeningthebubblecurtains水流速度Flowvelocityv(m/s)开启气泡幕前通过PVC管上方的次数Thetraversingtimesoftestfishbeforeopeningthebubblecurtains开启气泡

18、样后通过PVC管E方的次数Thetraversingtimesoftestfishafteropeningthebubblecurtains0.111610.24910.421083讨论3.1在不同水流速度下气泡幕对光倒刺郭造成阻拦效应气泡幕是通过管中释放压缩空气产生，从视觉、听觉以及感觉上来阻拦鱼类。现有针对气泡幕的研究主要是在静水条件F进行，陈勇等通过观察红鳍东方鲍（尸妃rubripes）.8种不同密度的气泡幕的行为反应发现，8种气泡幕对两种鱼的阻拦率存在明显的差异性；Kiyama等研究发现，气泡幕对日本Wngraulis/a/o/wievs）和真燕Prognichthysagooz）能产

19、生聚集作用，而赵锡光等的研究发现，气泡幕对黑蜩有阻拦作用；白艳勤等通过观察气泡幕对光倒刺蛆和白甲鱼的影响研究发现，同一密度的气泡幕对两种鱼的阻拦率也不一样。而本研究中发现,在静水条件下，所设9种密度气泡幕对光倒刺蛆的阻拦效果都超过了93%,而在3组流水实验下，空白实验时,光倒刺能大都聚集在后拦网处顶流，几乎不向前游动，穿越PVC管的次数也很少，与静水条件下差异显著（P<0.05）,产生气泡幕后，发现在特定的水流条件下，泡幕具有更好的定向导鱼效果。产生这一现象的原因，可能与水流有关，在水流条件下，气泡幕与底部之间形成了一定的夹角（图3）,并且流速越大，夹角越小。而在静水条件R气泡幕与底面央

20、角为90。、这与白艳勤等研究000000008420X642I1nn2).SUQ.E=SBZ迩哩米3134.249.2162.心.*.2.44土0.51.01.52.02.53.0距灯带距离Distancetothelight(m)图4实脸区闪光灯强度Fig.4FlashintensityofthetestareaFlowvelocity(ni/s)Flowvelocity(ni/s)OJOOOOQOOOO86420186422-SVE一一SUEAeH凝掐R妄M饕汰图5闪光灯开启前后实羚鱼穿越灯带次数比较Fig.5Compareofthetraversingtimesbefore

21、andafterlightup结果相同。同时，不同流速下的气泡幕对光倒刺觐的阻拦效果存在一定的差异性，说明水流速度也是影响气泡幕效果的主要因素之一，因此后续研究应结合水流速度和气泡幕密度来进行研究，进一步探讨不同的水流条件R气泡幕的诱驱作用。3.2在不同水流速度下光倒剌蛆对闪光的趋避行为闪光灯是一种典型的突发光刺激，通过光强或光色短时间内发生变化而对鱼类产生视觉冲击，从而阻止或者吸引俑.群。现有针对闪光的研究发现，鱼类对闪光一般会产生网避行为。Nemeth等指出，银大马哈鱼(OncorhynchusAe0)和大鳞大马哈鱼(Oncorhynchustsha-wytscha)-对闪光灯产生明显的逃

22、避行为。Patrick等“°)指出，闪光灯对灰西绯pseudoharengus)、黄鱼(Pseudosciaena和香.(Plecoglossusa/iivelis)会Tf明显的驱赶效果，因此可用于水电站的入口处定向导鱼。在本研究中却发现，在特定水流条件下，闪光对光倒剌觐产生了吸引作用，这可能是由于物种差异性引起的，也可能是特定的水流条件影响了闪光灯的诱驱鱼特性。从视频观察也发现，在流速为0.11和0.24m/s的空白实验中.光倒刺想很少穿越灯带，大都聚集在后拦网处游动；但是开启闪光后，光倒刺郭就开始频繁穿越灯带，且喜欢聚集在灯带附近游动。这与很多研究者的研究结果相反29,诃能是由于

23、闪光灯的强度、频率及颜色所造成的，巳在本实验中所设闪光强度(闪光灯附近为130lx)和背景光的颜色(白)有可能是光倒刺兄所偏好的强度和颜色。因此，在下一步的研究中，有必要进一步开展光倒刺蛆对光照强度和光照颜色的偏好实验。参考文献：1 BaiYQ,LuoJ,NiuJT,etal.AvoidanceResponsesofHemibarbusmaculatesandOnychostomasimatoBubbleCurtainswithDifferentDensityJ.JournalofHydroecology.2013,34(4):63-69白艳勤，罗佳，牛俊涛.等.不同密度气泡扉对花蜥和白甲色的

24、阻拦效应.水生态学杂志,2013,34(4):63-69ArimotoT,AkiyamaS,KikuyaK.etal.Eish-hcrdingcflectofanairbubblecurtainanditsapplicationtosetnetfisheriesJ.FishBehaviorinRelationtoFishingOperations,1991,196:1551602 SagerDR,HocuttCH,StaufferJR.Estuarinefishresponsestostrobelight,bubblecurtainsandstrobelight/bubble-curtainc

25、ombinationsasinfluencedbywaterflowrateandflashfrequenciesJJ.FisheriesResearch,1987,5(4):383399LiZ,ZhangYJ,ZhengLT,elal.StudyonFeedingPreferenceofSpinibarhusholladnitoSpirogyra,HydriUaveni-cillata,CeratophyllumdemersumandefleetonwaterqualityJJ.ActaHydrobiotogicaSinica,2013,37(4):735743黎臻、张饮江，张乐婷，等.光倒刺鲍对水绵、轮叶黑藻、金鱼藻的摄食选择性及对水质影响.水生生物学报，2013.37(4):735743|5GuanMShenJ.TheimpactanalysisofthehydrocleciricdevelopmentofBeipanjiangcascadetothefishresources(J,GuizhouWaterPower,2010,24(5):57官民，申剑.北盘江流域梯级水电升发对