• ISSN 1000-0615
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Behavioral characteristics of large yellow croaker (Larimichthys crocea) in tank by ultrasound pinger system

  • Corresponding author: Lumin WANG, lmwang@ecsf.ac.cn
  • Received Date: 2018-12-17
    Accepted Date: 2019-03-22
  • In order to understand the behavioral characteristics of large yellow croaker (Larimichthys crocea), the ultrasound pinger system has been used to track 4 tails test fish for 24 hours to access the fish movement data by implanted methods on Aug. 27th and 28th, 2018. The results show that: ① the vertical movement depths of the text fish is 0.89±0.51 m (18:00—24:00), 0.73±0.50 m (0:00—6:00), 1.04±0.50 m (6:00—12:00), 1.00±0.45 m (12:00—18:00), and keep in 0.5—1.25 m; ②the horizontal movement of test fish appear on the inside of tank about 159±9.50 times, and 27% in total data, and about 489±12.50 times appear around tank, 73% in total data, it means that the fish are assembling inside the tank and do the random motion, occasionally appear motion around the tank wall. This experiment is the first time to study the behavioral characteristics in tank-farming by ultrasound pinger system, it is aims to provide a scientific theoretical basis and data support for the fishing management for production and behavior monitor of L. crocea.
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通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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Behavioral characteristics of large yellow croaker (Larimichthys crocea) in tank by ultrasound pinger system

    Corresponding author: Lumin WANG, lmwang@ecsf.ac.cn
  • 1. East China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Shanghai 200090, China
  • 2. Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao), Qingdao 266237, China
  • 3. College of Marine Sci-Tech and Environment, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China

Abstract: In order to understand the behavioral characteristics of large yellow croaker (Larimichthys crocea), the ultrasound pinger system has been used to track 4 tails test fish for 24 hours to access the fish movement data by implanted methods on Aug. 27th and 28th, 2018. The results show that: ① the vertical movement depths of the text fish is 0.89±0.51 m (18:00—24:00), 0.73±0.50 m (0:00—6:00), 1.04±0.50 m (6:00—12:00), 1.00±0.45 m (12:00—18:00), and keep in 0.5—1.25 m; ②the horizontal movement of test fish appear on the inside of tank about 159±9.50 times, and 27% in total data, and about 489±12.50 times appear around tank, 73% in total data, it means that the fish are assembling inside the tank and do the random motion, occasionally appear motion around the tank wall. This experiment is the first time to study the behavioral characteristics in tank-farming by ultrasound pinger system, it is aims to provide a scientific theoretical basis and data support for the fishing management for production and behavior monitor of L. crocea.

  • 大黄鱼(Larimichthys crocea)为中国重要海水经济鱼类,主要养殖产地分布于福建、广东和浙江等,具有较高的经济价值和文化价值[1]。大黄鱼的主要养殖方式为传统普通网箱养殖、大型深水抗风浪网箱养殖、工程化围栏放养等[2]。目前关于大黄鱼行为学监控技术主要包括被动声学技术[3]、多波束声学探测技术[4]、及计算机视觉技术[5]等,而使用超声波标志技术研究大黄鱼水槽内空间运动行为(运动轨迹、速度)特征,未见报道。

    超声波标记技术是目前广泛应用于水下生物行为学研究的电子标记遥测技术,20世纪50年代中期,国外生态研究工作者使用该方法应用于研究自然环境中水下生物的个体行为和分布。目前,我国关于超声波标记的研究较少,应用范围也相对有限。危起伟等[6]使用超声波遥测技术以研究长江中华鲟(Acipenser sinensis)在葛洲坝下江段的位置分布,以实现对中华鲟鱼类资源的保护。王志超等[7]则研究紫红笛鲷(Lutjanus argentimaculatus)和黑鲷(Acanthopagrus schlegelii)在湾口海域的分布,从而实现对增殖放流和海洋牧场建设效果方面的评估。随着工业化循环水养殖的发展,养殖小水体环境下的鱼类行为学研究受到广泛关注,郭禹等[8]在实验室条件下使用小型声学标记研究了花尾胡椒鲷(Plectorhinchus cinctu)昼夜活动轨迹和行为规律分布,为小型超声波标志应用于鱼体跟踪研究奠定了基础。本实验基于超声波标志跟踪法研究了水槽养殖大黄鱼的行为特性,通过对大黄鱼运动深度及位置跟踪测量,计算出大黄鱼的游泳距离变化,其研究结果可为今后浅海围栏放养大黄鱼的行为监控和养殖管理提供可行的理论依据和数据支持。

    • 本实验于2018年8月27日至28日,在福建宁德大黄鱼某养殖基地进行,养殖水槽长宽深规格约8.7 m×8.2 m×1.9 m。随机选取4尾生长状态良好,体表无损伤,体长为(30.50±1.25) cm,体质量(460.50±15.56) g作为实验鱼。参照Moore[9]的方法,手术前在水桶内加入丁香酚[2-甲氧基-4-(2-丙烯基)苯酚]麻醉剂对实验鱼进行麻醉,使用手术刀在实验鱼腹部泄殖孔前端约1~2 cm切开一个约为2 cm的切口,将消毒后的超声波发射器从切口中植入,而后使用皮肤缝合器对实验鱼伤口进行缝合消毒,最后放入水槽,进行24 h昼夜跟踪。为了研究大黄鱼在养殖水槽的昼夜运动规律,实验结果以18:00—24:00、次日0:00—6:00、次日6:00—12:00、以及次日12:00—18:00进行分析。

      为进一步分析实验鱼在水槽中的运动规律,将水槽垂直和水平区域进行划分。其中,定义水下深度1.2 ~1.8 m为底层,0.6~1.2 m为中水层,0.0~0.6 m定义为表层;同时,实验鱼出现绕壁运动的位置定义为B区,非绕壁运动位置定义为A区(以4个接收机水下位置作为参考点)(图1)。

      Figure 1.  Schematic diagram of horizontal distribution

    • 采用有线式4信道超声波标志跟踪系统(FRX-4002型,FUSION,日本)对实验鱼进行跟踪。超声波标志使用同一公司的FPX-1030型自带压力(深度)传感器小型标志,发射频率为60 kHz,外观尺寸长约35 mm,直径约为10 mm(图2),声源级155 dB,电池寿命在1 s发射间隔时为2 d。使用31 bit的M序列伪随机编码对发射声波进行相位调制编码,设置发射周期发射声波,编码信号通过接收机匹配滤波后识别,最多可同时跟踪24个目标,标志发射脉冲声波间隔可以使用磁铁开关计数调整,本次试验设置的脉冲发射间隔为1 s。

      Figure 2.  The FPX-1030 type of ultrasonic Pinger with 60 kHz

      标志跟踪接收单元包括由4个水听器组成阵列和接收机(图3),水听器通过数据线与接收机连接,再通过USB数据线将接收机和笔记本电脑连接,接收机通过专用软件实时接收来自4个水听器的数据,并以.CSV文件格式储存在电脑中,数据文件按每小时自动分割。本次试验将4个水听器放置在选定区域4个角的水下1.8 m处,组成矩形阵列,阵列长为8.70 m,宽为8.20 m。

      Figure 3.  FRX-4002 type of ultrasonic Pinger tracking system (4 receiver)

    • 实验鱼的深度信息由标志自带压力(深度)传感器测得,并通过双脉冲方式发射给接收系统。深度(d)的模型计算公式:

      式中,ab为压力传感器的深度模型拟合系数,由厂家实际进行的压力测定结果给出,t为数据文件中实测双脉冲之间的时间间隔。

      水平位置是根据长基线测位法(long base line,简称LBL方式)结合最小二乘法计算测得,利用同一时刻超声波标志发射的声波脉冲信号到达4个水听器的时间差来计算,并使用SPASS 20对实验鱼在指定区域出现频率进行显著性分析。

    2.   结果
    • 经过24 h养殖水槽大黄鱼行为跟踪实验,获取到大黄鱼垂直运动数据。通过外科手术植入信标标志方法的大黄鱼放入养殖水槽以后,均表现出反复且较大幅度的上浮、下潜行为。

      跟踪的实验鱼在释放后2 h左右逐渐趋于稳定,但是活动较少,下潜幅度及频率逐渐降低,且长时间稳定在水下0.5~1.25 m;次日早晨6点以后再次出现大幅度上下浮动运动。随后,实验鱼活动趋于分散,活跃于不同的水层,无明显的规律(图4)。

      Figure 4.  Sample of implanted group in 24 h for vertical movement trace of one test fish

      本次跟踪试验24 h期间,大黄鱼的垂直运动结果如图5所示。4尾实验鱼在不同时间段的平均运动深度依次为(0.89±0.51) m、(0.73±0.50) m、(1.04±0.50) m、(1.00±0.45) m,总体活跃深度为0.50~1.25 m。针对4尾实验鱼分布频次进行数据统计,结果表明18:00—24:00,实验鱼在各个水层均有活动,平均运动深度为(0.89±0.51) m,此时最小深度为0.03 m(浮于水面),最大深度为1.79 m(沉底);次日0:00—6:00,实验鱼主要在表层进行游动,出现频次频率约49%,平均深度为(0.73±0.50) m,最小深度为0.02 m (浮于水面),最大深度为1.76 m (沉底);6:00—12:00,则主要在底层游动,出现频率约43%,平均深度为(1.04±0.50) m,最小深度为0.03 m (浮于水面),最大深度为1.79 m (沉底);12:00—18:00集中在中水层游动,出现频率42%,平均深度为(1.00±0.45) m,最小深度为0.04 m (浮于水面),最大深度为1.79 m (沉底)。从24 h的垂直分布分析,水槽养殖大黄鱼的活动范围较广,但是总体上趋向于在中水层活动。

      Figure 5.  The results of vertical movement depths of four L. crocea for 24 h on average

    • 实验鱼水平位置数据通过计算机处理后,统计分析跟踪期间的位置数据,图中散点的密集程度反映被标记实验鱼的出现密度,越密集的位置表示实验鱼出现的频率最高。

      从水平位置散点分布可以看出,实验鱼在水槽中长时间做无规则随机游动,偶尔出现绕壁运动。针对实验鱼的在划定区域内出现的频率进行统计分析,结果表明在24 h的监测过程中,实验鱼出现在A区的位置次数约(489±12.5)次,约73%;出现在B区的位置次数约(159±9.5)次,约27%,实验鱼在A区出现频率大于B区(P<0.01),说明实验鱼主要集中于水槽内部进行无规则运动,偶尔出现绕壁运动(图6)。

      Figure 6.  Sample of horizontal distribution patterns of L. crocea

    3.   讨论
    • 由本次实验结果可知,实验水槽养殖大黄鱼主要栖息在1 m深度附近的水层,从24 h的分布情况分析,实验鱼在手术植入放入养殖水槽后,没有明显的游动行为,多栖息在0.50~1.25 m的水层,从水平位置分布分析,标记后的实验鱼主要沿养殖水槽环壁巡游,分布点位置较少,游泳速度较低。在标记后的2 h,行为逐渐恢复,从垂直方向上进行随机移动,水平方向上逐渐向水槽中心巡游。俞立雄[10]实验证明,草鱼(Ctenopharyngodon idella)在超声波标记后的2 h内,临界游泳速度显著降低(P<0.01)。这个结果也证明了标记后2 h内分布位置无明显游泳的原因。因此,超声波标记的实验鱼在实验过程中应考虑暂养一段时间,使其恢复到较为优异的行为水平后再进行释放。

    • 养殖水体环境因子的改变会导致鱼类的行为的变化[11],通过对鱼类的行为的监测能够及时发现鱼类的异常行为,从而进行及时补救,降低经济损失。传统上,鱼类行为学研究的方法为现场观察法、渔获试验法、水槽实验法和数学模拟法[12]。但是这些研究方法往往受限于环境因素如季节、水体浑浊情况等并且由于观察者的差异性,观察结果带有一定的主观性[13]。随着科学技术的发展,目前鱼类行为学主要研究方法包括:被动声学技术[3]、多波束声学探测技术[4]、计算机视觉技术[5]、以及超声波标志技术[14]等,其优缺点比较(表1)。

      鱼类行为监控方法
      monitoring method of fish behavior
      原理
      principle
      优点
      advantage
      缺点
      disadvantage
      计算机视觉 computer vision 图像主成份分析法 效果直观[15] 易受水体浑浊度、辉度、对比度等影响
      被动声学 passive acoustics 利用生物噪声(鱼类发声、摄食噪声、游泳噪声等) 适用于复杂水体,可判断鱼类特定行为状态分析[16] 易受环境噪声影响
      超声波标志 ultrasound marking LBL、SBL、SSBL目标信号接收时间差、相位差等 适用于各种复杂水体、各种体形鱼类 易受信标植入微创手术影响(熟练度、缝合方法等)[17]

      Table 1.  Comparison of difference methods in fish behavior monitoring

    • 目前,超声波标记已运用于软骨鱼[18]、硬骨鱼[19]等水下生物的研究,相比国外开展的研究,我国相关方面起步较晚。郭禹等[8]通过超声波标记在实验室水池条件下研究了花尾胡椒鲷昼夜活动轨迹,其研究结果可为花尾胡椒鲷的增殖放流提供了技术支撑。而在大型深海网箱中,也可应用超声波标记来实现对鱼群行为的监控从而实现精准投喂[20]。同时,在海洋牧场的人工鱼礁投放方面,利用超声波标记可以监测鱼群在鱼礁聚集效果而对海洋牧场功能进行评价。此外,在捕捞网具的改良方面,Miyamoto[21]还运用超声波标记研究金枪鱼(Thunnus thynnus)延绳钓钩在作业过程中的捕捞位置,以应对金枪鱼的行为特性进行网具的优化和调整,实现捕捞效益的最大化。

      综上所述,超声波标记在水生动物的应用具有很大潜力,希望在未来的鱼类行为学研究工作中,通过超声波标记能够还原更多鱼类在自然状态下的行为轨迹、昼夜分布以及环境胁迫产生的行为影响,为我国不同水域鱼类行为学研究,如复杂小水体环境,深海网箱、浅海围栏等,提供可行的鱼类行为监控方法以及数据支持。

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