不同流速对豹纹鳃棘鲈摆尾频率和血液生理的影响

水流是影响鱼类生理和生长的重要生态因子之一,探究豹纹鳃棘鲈(Plectropomus leopardus)受流速胁迫呈现的应激水平变化,掌握其耐受的最大流速,可为网箱养殖选址、集约化流水养殖和深远海工船养殖提供理论基础。以体长(11.38±1.48)cm、体质量(34.71±11.57)g的豹纹鳃棘鲈为研究对象,通过自制鱼类游泳实验装置,设计静水对照组[0 cm·s^(−1)或0 BL·s^(−1)(体长·秒^(−1))]和3组实验组(11.4、22.8和34.2 cm·s^(−1)对应1、2和3 BL·s^(−1)),探究40 min水流刺激对豹纹鳃棘鲈摆尾频率变化、血糖、血液中乳酸和皮质醇含量的影响。结果显示,摆尾频率与水流速度之间呈线性正相关关系;血糖和血液中皮质醇含量随摆尾次数增多呈线性增长趋势,乳酸随摆尾次数增多呈非线性增长趋势。超过2 BL·s^(−1)流速会导致豹纹鳃棘鲈血液中皮质醇含量显著升高(P<0.05)。当流速达3 BL·s^(−1)时,血液中乳酸和血糖含量显著升高(P<0.05)。综上,豹纹鳃棘鲈对流速的耐受上限为2 BL·s^(−1)。当养殖水体流速高于2 BL·s^(−1)时,应激水平和代谢负荷显著增加(P<0.05),出现胁迫效应。研究结果可为养殖工船制荡和网箱养殖水域选址提供参考。

基于计算机视觉的游泳型鱼类摆尾频率提取方法

针对水产养殖实践中鱼类摆尾频率计数困难的问题,提出一种基于计算机视觉的游泳型鱼类摆尾频率测量方法。利用摄像头获取视频,通过背景减法、二值化处理后得到只包含鱼的二值图像,并对二值图像细化得到鱼体脊椎方向的中线,再使用角点检测算法提取头部特征点、尾部特征点和鱼体脊椎曲线上特征点,进而通过特征点计算鱼体曲率。人工选取摆尾曲率无限接近零的图像,使用算法计算曲率数值,统计误差的大小和方差,用以确定统计摆尾次数的曲率阈值;方法的验证以大黄鱼(Larimichthys crocea)为实验对象,比较算法测量与人工计数的结果发现,正确率达到91.7%,能较好地测量摆尾次数;与基于距离的摆尾测量方法相比,该算法在测量曲率较大的图像时波动较小,更适合摆尾频率测量。

鱼类自主游动推进机理与游动性能二维数值模拟研究

推进机理及游动性能研究对鱼类洄游通道建设具有重要意义。利用计算流体动力学方法结合重叠网格技术,通过编译控制鱼体摆动的UDF程序,对二维鱼类自主游动进行模拟,分析鱼体压力场分布及反卡门涡街结构演化过程与参数变化情况,开展不同摆尾频率、摆尾幅度、鱼体体形及尾鳍尺寸等参数下鱼类游动性能及鱼体受力的变化情况,揭示鱼类自主游动过程中的游动机理。研究结果表明:(1)鱼体尾鳍周期性往复摆动下漩涡脱落形成反卡门涡街,是鱼体前进推力的主要来源,且随着摆尾频率、摆尾幅度的增加,鱼体尾部涡街长度、涡街强度逐渐增加,而摆尾幅度对涡街宽度的影响较大;(2)随着摆尾频率、摆尾幅度的增加,纵向平均合力系数和最大侧向力系数均增大,使得鱼类获得较大的游动速度,但摆尾频率改变时平均合力系数和游动速度的增加更为明显,摆尾幅度改变时最大侧向力系数的增加更为明显;(3)随着体宽指数的增加,纵向平均合力系数逐渐减小,需克服的游动阻力增加,使得鱼类游动速度逐渐减小,而最大侧向力系数逐渐增加;(4)随着尾鳍指数的增加,纵向平均合力系数和最大侧向力系数均增大,使得鱼类游动速度逐渐增大。研究成果可为鱼类生境恢复营造提供支撑。

斑石鲷(Oplegnathus punctatus)、云龙石斑鱼(Epinephelus moara♀×E.lanceolatus♂)、许氏平鮋(Sebastes schlegelii)游泳行为对比分析研究

水流是影响鱼类生存和繁衍的重要的环境因子之一,通过比较分析三种深远海适养鱼类斑石鲷(Oplegnathus punctatus)、云龙石斑鱼(Epinephelus moara♀×E.lanceolatus♂)和许氏平鮋(Sebastes schlegelii)的游泳行为变化规律,以期为深远海养殖科学放养和大型养殖设施精准选址提供理论依据和技术支撑。以同一规格[(250.00±14.00)g]的三种适养鱼类为研究对象,利用鱼类游泳行为检测装置,在(24.00±1.08)℃条件下,观察分析三种鱼类的摆尾频率(TBF)、摆尾幅度(TBA)、运动步长(SL)和摆尾时间百分比。结果发现,许氏平鮋的TBF最大,SL最小;云龙石斑鱼的TBA最小;斑石鲷的摆尾时间百分比最大;且三种鱼类的TBF和SL在1~5 BL/s流速下均存在显著性差异(P<0.05),1、3和5 BL/s流速下摆尾时间百分比和2~4 BL/s流速TBA存在显著性差异(P<0.05)。三种鱼类的TBF、TBA和SL同流速均呈显著的线性正相关关系(P<0.05),摆尾时间百分比均随着流速增加先升高再降低。斑石鲷和云龙石斑鱼在1~4 BL/s流速下的TBF、TBA、SL之间均存在显著相关性(P<0.05),许氏平鮋在3~4 BL/s流速下三种指标存在显著相关性(P<0.05);但三种鱼类的摆尾时间百分比与其他指标之间均没有显著的相关性。以上结果表明,三种鱼类伴随着流速增加,其游泳行为指标皆呈现显著规律性变化,许氏平鮋TBF、TBA和SL之间只在高流速呈现显著相关性,预示相较于斑石鲷和云龙石斑鱼,其采取了不同于其他两种鱼类的游泳行为策略来应对低流速的水流环境。

持续运动野化训练对草鱼幼鱼趋流性影响研究

增殖放流是我国主要的鱼类生态补偿措施,但人工繁殖的幼鱼抵抗水流的能力较差,导致增殖放流存活率不高。以草鱼幼鱼为研究对象,通过对比持续运动野化训练组与未持续运动野化训练组草鱼摆尾频率及运动状态,研究持续运动野化训练对人工繁殖草鱼幼鱼趋流性的影响。结果表明:持续运动训练21 d后草鱼幼鱼可以减少摆尾频率以减少能量消耗,改变运动状态以更好适应流速变化;持续运动训练能够在一定程度上提高草鱼幼鱼的趋流性,提高草鱼幼鱼对不同环境的适应能力。

水流对杂交鲟幼鱼游泳行为的影响

在26℃水温下,使用特制的鱼类游泳行为测定装置研究了杂交鲟(Huso duricusGeorgi♂×Acipenser schrenc-kiBrandt♀)幼鱼在0 m/s、0.1 m/s、0.3 m/s、0.5 m/s 4种流速条件下的游泳行为。结果显示:杂交鲟幼鱼随着流速的增加趋流率增大,且在90min内趋流率达到100%所需的时间明显缩短。实过过程中0.3 m/s和0.5 m/s两组摆尾频率都高于0.1 m/s和静水组,但在各个时段内,摆尾频率与趋流率均没有显著的相关。杂交鲟幼鱼的游泳状态明显受到所处流速的影响:0.1 m/s流速下以逆流前进为主,约占时间比例56.3%;0.3 m/s流速下以逆流静止为主,约占时间比例58.1%;0.5 m/s流速下以逆流后退为主,约占时间比例80.7%。在逆流前进和逆流静止两种游泳状态下,杂交鲟幼鱼的游泳速度和摆尾频率呈线性相关。但在逆流后退和顺流而下两种状态下,两者之间却没有显著的相关,且此两种状态下其游泳速度和摆尾频率随流速增加的变化趋势也不一致。

不同流速下杂交鲟幼鱼游泳状态与活动代谢研究

为研究水流速度对杂交鲟幼鱼行为和代谢的影响,探讨游泳状态与活动代谢及相关游泳运动参数之间的关系,在26℃水温下,使用特制的鱼类游泳行为和活动代谢同步测定装置,测定了杂交鲟幼鱼在0.1、0.3、0.5 m/s三种流速和静水条件下的游泳状态、趋流率、摆尾频率和耗氧率。结果表明:随着流速的增大,杂交鲟幼鱼逆流前进和逆流静止游泳状态所占时间比例显著减少,而逆流后退所占时间比例显著增加,顺流而下时间比例有所上升。在0.0—0.3 m/s的流速范围内,杂交鲟幼鱼各个时段的平均趋流率、摆尾频率和耗氧率均随着流速的增加而增大,在0.3 m/s流速下分别达到100%﹑(2.53±0.34)Hz和(490.99±164.59)mg O2/(kg.h)。当流速增加至0.5 m/s时,在趋流率仍保持100%的情况下,其耗氧率相比0.3 m/s增加了21.86%,而摆尾频率却减小了6.70%。实验过程杂交鲟幼鱼趋流率与摆尾频率呈显著线性正相关,而摆尾频率与耗氧率在大部分时段却无相关性。随着时间的延长,各流速组杂交鲟幼鱼趋流率、摆尾频率和耗氧率呈现不同的变化趋势,其趋流率均相对稳定;但摆尾频率均随时间延长呈下降趋势,而耗氧率则在实验前9h随时间延长逐渐增加,随后趋于稳定。研究结果提示:杂交鲟幼鱼游泳状态的变化与流速有关,而反映运动强度大小的摆尾频率与活动代谢率的关系受到游泳状态的显著影响,同时也与运动代谢特征的时间变化有关。

不同流速下红鳍银鲫趋流行为与耗氧率的变化

在28℃水温下,使用特制的鱼类游泳行为和活动代谢同步测定装置对红鳍银鲫(Barbodes schwanenfeldi)幼鱼在0m/s、0.1m/s、0.3m/s、0.5m/s4种流速条件下的趋流行为和耗氧率进行了同步测定和统计分析。结果表明:红鳍银鲫在静水下的游泳活动表现出随机而无特定的方向性,当流速达到0.3m/s以上时则呈现很强的趋流性。和静水对照组相比,三个流速实验组在各个时间段的趋流率、摆尾频率和耗氧率均显著上升,其中多数时间段以0.3m/s流速组最大,0.5m/s流速组次之。低流速组(0,0.1m/s)三个指标在90min内随时间变化不显著,而高流速组(0.3,0.5m/s)随时间变化明显。红鳍银鲫在90min各个时间段摆尾频率(Tail beat frequency)与趋流率(Rheotaxis frequency)均呈显著的线性相关,其回归关系式为:RF=a+bTBF,a值在41.13-55.02、b值在8.07-11.42、R在0.69-0.95之间;摆尾频率和耗氧率(Oxygen consumptionrate)同样呈显著的线性相关,其回归关系式为:OCR=a+bTBF,a值在77.38-137.42,b值在10.85-59.36,R在0.87-0.96之间。0.3m/s流速下红鳍银鲫趋流率、摆尾频率和耗氧率24h的变化规律为:实验开始时三个指标均随时间延长而逐渐增大,在3h达到最大值,然后开始下降并长时间维持在一定水平上,其中耗氧率在最初3h的增幅显著大于趋流率和摆尾频率,而随后回落的幅度却小于前两者。在较高流速下,红鳍银鲫幼鱼不能长期保持趋流状态和维持较高的代谢水平。

逆流运动对多鳞四须鲃幼鱼活动代谢及体内盐酸诺氟沙星残留的影响

以多鳞四须鲃(Barbodes schwanenfeldi)幼鱼(体质量90.3 g±10.1 g)为研究对象,设置0 BL/s和2.0 BL/s两种流速条件,使用自制的活动代谢和游泳行为同步测定装置测定不同时段幼鱼的摆尾频率和耗氧率。在此基础上,按鱼体质量以每天50 mg/kg口服盐酸诺氟沙星的剂量连续7 d投喂药饵,研究了两种流速对停药后多鳞四须鲃肌肉组织盐酸诺氟沙星残留的影响。结果表明,实验期间无论哪个时段,2.0 BL/s流速下多鳞四须鲃摆尾频率和耗氧率均显著大于静水组(P<0.05);同一流速下多鳞四须鲃摆尾频率和耗氧率随养殖时间的延长有逐渐降低趋势。与静水对照组相比,停药后各时间点(1 d、2 d、4 d)2.0 BL/s流速组鱼肌肉盐酸诺氟沙星含量均显著减少(P<0.05),在停药第6 d已低于检出限,而静水对照组则在停药12 d才低于检出限。研究结果说明适当的水流刺激可以诱导鱼类进行逆流运动,促进鱼体代谢和加速药物残留的排除。

流速对云南华鲮幼鱼游泳行为的影响

[目的]研究水流速度对云南华鲮幼鱼游泳行为的影响。[方法]在25℃水温下,采用特制的鱼类游泳行为测定装置对静水和0.1、0.2、0.25 m/s流速下幼鱼的游泳状态、游泳速度、趋流率、摆尾频率进行了测定。[结果]云南华鲮幼鱼游泳状态的变化与流速有关,当水流速度增大,主要游泳状态由逆流静止变为逆流前进;摆尾频率和游泳速度均随流速的上升而显著增大,趋流率从0到0.2 m/s显著增加,但是当流速为0.25 m/s时趋流率有所下降,而且在90 min内随时间的延长趋流率逐渐下降;而泳速则受到游泳状态的显著影响。在逆流游泳的3种状态中,游泳速度都随着水流速度的增大而显著增大,顺流而下状态的游泳速度和水速间无明显规律;游泳速度、摆尾频率和水流速度之间均存在显著的线性正相关。[结论]水流速度对云南华鲮幼鱼的游泳状态、趋流率、摆尾频率游泳速度等有显著影响。

大黄鱼续航时间和临界游泳速度的初步研究

采用续航时间作为游泳能力的评测指标,研究了大黄鱼(Pseudosciaena crocea)幼鱼、1龄鱼的续航时间和临界游泳速度。试验结果显示,在45 cm/s流速下,大黄鱼幼鱼的平均续航时间为12 min;在60 cm/s流速下,大黄鱼1龄鱼的平均续航时间为22 min 20 s;大黄鱼幼鱼和1龄鱼的续航时间与水流流速呈乘幂递减关系;摆尾频率与水流流速呈线性关系。在给定的6个流速条件下,大黄鱼幼鱼和1龄鱼的平均临界游泳速度分别为39.85 cm/s和50.02 cm/s。研究表明,大黄鱼幼鱼不宜在流速长时间超过40 cm/s的海区进行养殖,大黄鱼1龄鱼不宜在流速长时间超过50 cm/s的海区养殖,否则应采取适当的减流或分流措施。

温度和重复运动对中华鲟游泳行为的影响

研究温度和重复疲劳运动对中华鲟游泳行为和能量代谢的影响,为中华鲟养殖环境水质量监测管理、物种保护和鱼道的设计等提供参考。在密封鱼类游泳装置中,利用速度递增法测定了不同温度（10、15、20和25℃）、流速条件下中华鲟（Acipenser sinensis）幼鱼（体长8.50~11.00 cm,体重5.10~8.80 g）的摆尾频率（TBF）、呼吸频率（RR）,并同时测定了游泳过程中的耗氧率（M_（O_2））。结果表明：随着摆尾频率或呼吸频率的增加,中华鲟幼鱼的耗氧率增加,耗氧率与摆尾频率或呼吸频率呈指数相关（M_（O_2）=a×TBF^b;M_（O_2）=A×RR^B）;随着温度增加,b值先减小后增加,15℃和20℃时b值较小;疲劳恢复后,第2次测试b值大于第1次;随着温度的增加,B值逐渐增加;疲劳恢复后,第2次测试B值小于第1次。游泳过程能量消耗随着温度的升高先降低后升高,15~20℃能量消耗较小。疲劳恢复后,第2次测试能量消耗大于第1次,游泳效率降低,特别是在10℃和25℃,15~20℃变化不明显。温度和重复游泳对中华鲟幼鱼游泳行为影响显著,温度不适宜和重复疲劳运动会产生叠加效应,导致游泳效率显著降低。

流道宽度及来流速度对鲫鱼运动模式的影响

为考察鲫鱼在不同流道宽度和来流速度下的运动模式,在自循环型水槽中进行了鱼游运动观测实验。实验用鱼体长18~20 cm,体重180~200 g,流道宽度为7~60 cm,来流速度0.1~0.6 m/s。利用高速摄影对不同条件下的鲫鱼游泳运动过程进行了记录,使用image Pro等图像数据分析软件对鱼游运动的摆尾频率、振幅、体波数等参数进行了定量分析,并拟合得到了鱼游运动方程,归纳了各运动参数随来流速度和流道宽度的变化规律。分析结果表明:鲫鱼的摆动频率、摆动幅度及体波数随来流速度变化有明显的改变,而流道宽度对鱼游泳运动模式的影响有限;来流速度增大,鱼的运动频率、运动幅度、体波数均有所增加。目前与鱼游运动相关的研究多集中于流速对其摆尾频率和振幅的影响,少有探讨鱼体摆动的体波数这一参数,更少有探究流道宽度对鱼运动的影响。研究成果积累了相关实验数据,可增加对鱼游运动机理的认识,为鱼类洄游通道恢复措施的制定提供理论支撑。

鲢幼鱼运动能量代谢研究

可靠的能量消耗估算可以更好地衡量鱼体在上溯过程中的能量分配方式,为鱼道水力设计提供依据,实现鱼道过鱼的高通过率。为探究鲢(Hypophthalmichthys molitrix)幼鱼运动过程中游泳行为和能量消耗的关系,利用丹麦Loligo Systems公司生产的鱼类行为视频跟踪系统,对24尾鲢幼鱼进行了室内游泳行为实验。采用流速递增法测得鲢幼鱼的活动代谢率,水体溶氧量由每个流速工况下等时距读取,静水条件下通过AutoRespTM测定水体溶氧变化值,计算标准代谢率;利用水槽上方架设的摄像头(25帧/s)记录鱼体运动行为,连接uEye Cockpit程序观测鱼体运动情况,采用LoliTrack进行运动行为分析,获取鱼体运动行为学参数。结果表明,鲢幼鱼的游泳速度与摆尾频率(TBF)呈显著正相关关系,其耗氧率(MO2)与摆尾频率(TBF)的拟合方程为MO2=318.3+1.04TBF2.87(R2=0.99,P<0.001),拟合指数值为2.87,且摆尾频率的幂指数越大,表征鱼体游泳效率越低。实验测得鲢幼鱼的标准代谢率(SMR)为(284.47±30.75)mg/(kg·h),耗氧率方程得到的标准代谢率拟合值为318.3mg/(kg·h),与实测值较为接近;通过建立活动代谢率(AMR)与鱼体重量(M)及游速(U)的关系,得出鲢幼鱼生物能量模型AMR=10.39 M0.12 U0.39(R2=0.95,P<0.001)。生物能量模型的建立,可以为鱼道不同过鱼目标的水力设计提供参考。

鱼类游泳运动的研究——Ⅰ、三种海洋鱼类游泳的运动学特性

作者提出鲭鱼(Scomber scombrus L.)、绿青鳕(Pollachius virens(L))和鲱鱼(Clupea harengus L.)的游泳运动学特性。实验表明,这三种鱼类的游泳速度与摆尾频率成线性关系。当泳速大于三倍体长/秒(BL/S)时,单位游距几乎不随游速变化,其平均值分别为:鲭鱼0.90体长(BL)、绿青鳕0.88BL、鲱鱼0.70BL。其摆尾幅度都不随游速变化,平均值在0.21～0.23BL之间,各种鱼之间无显著差别。作者认为,鱼类游泳的单位游距与鱼类的体型、肌肉及游泳推进性能有关,而单位游距的差异是身体—尾鳍式游泳的鱼类之间最大游速差异的主要原因。

流速对红鳍银鲫幼鱼游泳状态的影响

在28℃水温下,采用特制的鱼类游泳行为测定装置,研究体重(125.94±13.87)g的红鳍银鲫(Barbodes schwanenfeldi)幼鱼在0.0m/s(对照组)和0.1m/s、0.3m/s、0.5m/s3种流速下的游泳行为。结果表明,从0.0～0.3m/s,红鳍银鲫幼鱼平均趋流率和摆尾频率均随着流速的增加而增大,而0.5m/s组在90min内随时间延长而下降。红鳍银鲫游泳状态明显受到所处流速的影响,在静水对照组以"逆流前进"和"顺流而下"为主,两者共占总观察时间的98%以上;各流速组均以逆流静止为主,且随着流速的增大,逆流静止所占时间比例从45.8%增加至81.3%,而逆流前进所占时间比例由24.1%减至5%以下;逆流后退所占时间比例以0.1m/s组最大,为16.4%;顺流而下的比例随着流速增大先减小后增大,3个流速组依次为13.7%、2.1%和10.9%。红鳍银鲫幼鱼的游泳速度(V)和摆尾频率(TBF)在逆流前进及逆流静止两种游泳状态下呈线性正相关,而在逆流后退和顺流而下两种状态下两者没有显著相关。

不同流速对鱇(鱼良)白鱼游泳行为的影响

在25℃水温下,采用特制的鱼类游泳行为测定装置对实验鱼在静水和0.1、0.2和0.25m·s-1流速下的游泳状态、游泳速度、趋流率和摆尾频率等参数进行测定,研究水流速度对鱇(鱼良)白鱼(Anabarilius grahami)游泳行为的影响。结果表明:有流速组的趋流率显著高于静水组,但不同流速组间的趋流率无显著差别;在0～0.2m·s-1流速范围内,摆尾频率随流速加快而显著增大,但在0.25m·s-1流速下40min后摆尾频率显著低于0.2m·s-1流速组;随着流速的增大,主要游泳状态由逆流前进变为逆流静止;在有流速组,顺流而下状态所占时间比例相对其他游泳状态都较少;在逆流游泳的3种状态中,游泳速度均随流速的增加而增大,在顺流而下状态中,游泳速度和水速间无显著相关;游泳速度、摆尾频率和水流速度两两之间均存在显著的线性相关。