本文關(guān)鍵詞： 生物噪聲 大黃魚 聲誘集 魚類行為 魚類聽覺 游泳速度　出處：《上海海洋大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：魚類的生物噪聲包括:游泳噪聲、生物發(fā)聲和攝食噪聲。它們是魚類用于導(dǎo)航和定位的線索,也是個(gè)體與配偶、后代及其它同伴進(jìn)行交流的通訊方式。以發(fā)聲而聞名的大黃魚(Larimichthys crocea),隸屬于石首魚科(Sciaenidae),是我國近海主要經(jīng)濟(jì)魚類,具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和文化價(jià)值。目前國內(nèi)外關(guān)于生物噪聲的研究主要包括:定位魚群、誘集捕撈、評估海洋環(huán)境噪聲、以及判斷室內(nèi)養(yǎng)殖魚類餌料攝食情況。對于大黃魚生物噪聲的研究則主要集中在發(fā)聲頻譜分析和聲暴露實(shí)驗(yàn),而對大黃魚的聽覺特性、生物發(fā)聲與其生存的聲音環(huán)境的關(guān)系、聲刺激條件下游泳速度與行為反應(yīng)的關(guān)系、以及生物噪聲與人工純音的聲誘集效果比較等研究,均尚不清楚。為了補(bǔ)充因過度捕撈而日益枯竭的大黃魚資源,我國大力開展了大黃魚增殖放流和增養(yǎng)殖研究工作。但目前仍存在以下主要問題:(1)標(biāo)志放流回捕率低,導(dǎo)致增殖放流種群數(shù)據(jù)積累量少;(2)近海網(wǎng)箱養(yǎng)殖餌料沉降浪費(fèi)、水污染嚴(yán)重、疾病爆發(fā)率高、魚肉品質(zhì)差;(3)大型深水抗風(fēng)浪網(wǎng)箱養(yǎng)殖和海區(qū)放養(yǎng)魚群監(jiān)控和管理困難、投餌控制困難、養(yǎng)殖成本高和海上操作安全風(fēng)險(xiǎn)等。為解決以上問題,本研究提出的假設(shè)為:大黃魚的生物噪聲可以反饋魚類行為狀態(tài);大黃魚的聽覺特性與其發(fā)聲頻率相匹配、與其行為反相關(guān)聯(lián);生物噪聲可以直接聲誘集大黃魚,無需餌料馴化�；谝陨霞僭O(shè),本論文的研究內(nèi)容和方法為:(1)利用被動(dòng)聲學(xué)監(jiān)測技術(shù)完整獲取大黃魚不同養(yǎng)殖環(huán)境和不同投餌模式下的生物噪聲頻譜,得出大黃魚生物噪聲可以反饋行為狀態(tài)的結(jié)論;(2)使用聽性腦干反應(yīng)(ABR)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)行為學(xué)手段相結(jié)合,研究出大黃魚的聽覺特性,證實(shí)與其發(fā)聲頻率相匹配;(3)以實(shí)驗(yàn)行為學(xué)手段和主成分分析(PCA)圖像處理技術(shù),對比分析出大黃魚對生物噪聲和500 Hz連續(xù)正弦波純音的聲誘集行為反應(yīng),及其誘集效果;使用像素矢量位移優(yōu)化法,計(jì)算出魚群在水槽內(nèi)的平均游泳速度,并分析出大黃魚行為反應(yīng)與游泳速度的關(guān)系,解釋論證了大黃魚聲誘集行為反應(yīng)的原因和機(jī)理。主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:1、網(wǎng)箱養(yǎng)殖大黃魚水下聲音與行為反應(yīng)利用被動(dòng)聲學(xué)監(jiān)測技術(shù),研究了網(wǎng)箱養(yǎng)殖水下聲音與大黃魚日常攝食和活動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系,提取出網(wǎng)箱內(nèi)體長17~20 cm的大黃魚攝食肉糜過程中的生物噪聲。結(jié)果表明:(1)網(wǎng)箱養(yǎng)殖水下聲音主要為,自然環(huán)境噪聲(風(fēng)、碎波浪,500 Hz~24 kHz)、大黃魚生物噪聲(驚擾發(fā)聲的中心頻率峰值為630 Hz、攝食發(fā)聲為800 Hz、游泳噪聲為50~400 Hz、攝食噪聲為20~2200 Hz)、人為噪聲(船舶噪聲50~500 Hz);(2)船舶噪聲的聲壓級(SPL)(約87.68 dB:re 1mPa)未影響大黃魚的發(fā)聲通訊交流(約98.83~101.11 dB)和攝食行為;(3)網(wǎng)箱內(nèi)生物噪聲SPL:驚擾狀態(tài)攝食狀態(tài)背景噪聲。結(jié)果表明,大黃魚生物噪聲的頻率主峰值和SPL強(qiáng)度均與行為反應(yīng)有關(guān)。即行為反應(yīng)程度越激烈,頻率主峰值越低,SPL越高。本次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了利用被動(dòng)聲學(xué)監(jiān)測技術(shù)監(jiān)測大黃魚的生物噪聲可以反饋其行為信息,適用于海上魚群行為監(jiān)管。2、室內(nèi)養(yǎng)殖大黃魚水下聲音測量與分析利用被動(dòng)聲學(xué)監(jiān)測技術(shù),研究了室內(nèi)養(yǎng)殖條件下水下聲音頻譜及主要來源,分析出養(yǎng)殖環(huán)境噪聲與生物噪聲的關(guān)系,提取出體長8~9 cm大黃魚在室內(nèi)養(yǎng)殖聲音環(huán)境下的攝食顆粒餌料過程中的生物噪聲。結(jié)果表明:(1)養(yǎng)殖環(huán)境噪聲SPL約110.27 dB,包括主頻率峰值為100 Hz的養(yǎng)殖設(shè)備與水槽內(nèi)壁的低頻共振噪聲、1250Hz的表層水體氣泡噪聲、以及1600~2500 Hz的曝氣石、增氧機(jī)、空氣壓縮機(jī)工作噪聲;(2)增氧機(jī)和曝氣關(guān)閉時(shí),大黃魚攝食過程產(chǎn)生的生物噪聲SPL約為92.65 d B,略高于背景噪聲(約為88.19 dB)。主要為游泳噪聲70~500 Hz、吞食產(chǎn)生的水體表面攪動(dòng)與氣泡破裂的聲音1000~2000 Hz、咀嚼顆粒餌料的噪聲2000~4500 Hz;(3)增氧機(jī)和曝氣開啟時(shí),背景噪聲SPL高于生物噪聲約17.62 d B。且生物噪聲無法區(qū)別于背景噪聲,但并未影響魚類攝食行為。結(jié)果表明,室內(nèi)養(yǎng)殖大黃魚的生物噪聲頻譜特征可以反饋攝食情況,能夠用于自動(dòng)投餌調(diào)控,并為聲誘集行為實(shí)驗(yàn)提供數(shù)據(jù)支持。3、大黃魚聽覺特性研究利用ABR技術(shù),在隔音室中獲取到了10 ind體長17~20 cm大黃魚的ABR波形,繪制出大黃魚的聽力圖。結(jié)果顯示:(1)相同頻率下,大黃魚ABR波形的潛伏期隨SPL的下降而延長,每下降6 d B潛伏期則增加約0.8~1.2 ms,波形的幅值也隨著減弱;(2)大黃魚的聽力圖為“V”字型。在低頻100~300 Hz大黃魚的聽覺閾值逐漸降低(約100~96 dB),聽覺靈敏度逐漸增加;在500~800 Hz達(dá)到最敏感頻率范圍(約93~95 dB),聽覺閾值在500 Hz時(shí)最低(約93 dB);在1000~4000 Hz,大黃魚的聽覺敏感度大幅度下降,聽覺閾值不斷升高(約97~120 dB)。結(jié)果表明,大黃魚的聽見敏感頻率與其發(fā)聲頻率相匹配,是聽覺與發(fā)聲協(xié)同進(jìn)化的結(jié)果,在其聲通訊交流中具有重要意義。研究大黃魚的聽覺能力可以幫助我們更好的了解其對聲音的反應(yīng)閾值,為聲誘集大黃魚選擇適宜的聲刺激頻率和聲壓級強(qiáng)度提供數(shù)據(jù)參考。4、大黃魚聲誘集實(shí)驗(yàn)使用實(shí)驗(yàn)行為學(xué)手段和PCA圖像處理技術(shù),分別對體長約17~20 cm,40 ind的成魚組和體長約8~9 cm,300 ind的幼魚組,進(jìn)行無餌料投喂水下聲誘集實(shí)驗(yàn),并基于“兩點(diǎn)法”計(jì)算出平均游泳速度,統(tǒng)計(jì)出運(yùn)動(dòng)軌跡和魚群數(shù)量變動(dòng),最后測定胃蛋白酶活力變化作為生理指標(biāo)參考。結(jié)果顯示:(1)幼魚組的聲誘集效果為:攝食原聲攝食噪聲500 Hz純音。效果最佳的攝食原聲1 min內(nèi)的誘集率約為93%~97%,誘集停留時(shí)間約為18.4~25.8 s。聲刺激后,胃蛋白酶活力的變化為:攝食原聲增加約11.84%(P0.05)較顯著,攝食噪聲增加約3.11%(P0.05)不顯著。500 Hz純音組則下降了約12.06%(P0.05)較顯著;(2)成魚組的聲誘集實(shí)驗(yàn),總體誘集率效果均不顯著(水槽和海上聲音環(huán)境不同),但卻誘發(fā)了實(shí)驗(yàn)魚的攝食動(dòng)機(jī),使其產(chǎn)生水層上升運(yùn)動(dòng),并伴隨出現(xiàn)攝食動(dòng)作。統(tǒng)計(jì)產(chǎn)生攝食動(dòng)機(jī)的魚群數(shù)量為:攝食原聲約26.3%、人工純音約20%、攝食噪聲約19.8%;聲刺激后,生物噪聲組胃蛋白酶活力略有增加(P0.05),人工純音則略有降低(P0.05),均不顯著(暫養(yǎng)餌料屬性不同);(3)大黃魚的游泳速度與行為的關(guān)系為,覓食行為約1.1~1.9 LB·s-1(攝食方式不同)、自由巡航約為3.3~4.1 LB·s-1,突然加速行為(爭奪餌料或避讓干擾)約為7.0~8.5 LB·s-1,驚嚇逃逸約為11.2~14.3 LB·s-1,在成魚出現(xiàn)的加速—滑翔行為約為2.7~7.0 LB·s-1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,大黃魚攝食過程的生物噪聲具有聲誘集效果,能夠激活大黃魚食欲和攝食動(dòng)機(jī),具有生物學(xué)意義。在適宜的聲壓級(110~120 dB)范圍內(nèi),如若配合投餌,則會(huì)進(jìn)一步提高誘集率和停留時(shí)間。綜上所述,以上結(jié)果論證了本文提出的假設(shè)成立。解釋了大黃魚對聲音產(chǎn)生誘集行為反應(yīng)的機(jī)理,其基本要素包括:(1)大黃魚對不同頻率(低頻和高頻)的聽力敏感度不同;(2)刺激強(qiáng)度(聲壓級)應(yīng)適宜;(3)需要完整還原能夠激活大黃魚攝食動(dòng)機(jī)的“聲境”(頻譜特征)。證實(shí)了生物噪聲聲誘集是一種可行的、對魚體無傷害的、能夠反饋魚群行為、以及激活大黃魚食欲和攝食動(dòng)機(jī)的有效方法。該方法能夠推廣應(yīng)用于聲誘集捕撈、定點(diǎn)投餌,大水體魚群行為監(jiān)管等領(lǐng)域;證實(shí)了大黃魚的聽覺特性與其發(fā)聲頻率相匹配,在海洋環(huán)境噪聲評估和保護(hù)聽覺敏感的石首魚科魚類等領(lǐng)域具有參考價(jià)值。由于實(shí)驗(yàn)條件有限,聲誘集行為實(shí)驗(yàn)是在室內(nèi)水槽中完成的。今后將繼續(xù)開展相關(guān)研究工作,深入研究生物噪聲在海區(qū)放養(yǎng)聲導(dǎo)魚以及標(biāo)志放流回捕等研究中的應(yīng)用,并進(jìn)行野外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)補(bǔ)充。
[Abstract]:The study on biological noise includes : ( 1 ) locating fish stocks , trapping and fishing , evaluating marine environment noise , and judging the food consumption of indoor cultured fish . In this paper , the relationship between the underwater sound and the swimming speed was studied by using the passive acoustic monitoring technique . includes low - frequency resonance noise at the main frequency peak value of 100 Hz and low - frequency resonance noise of the inner wall of the water tank , surface water bubble noise of 1250 Hz , aeration stone of 1600 - 2500 Hz , aerator and air compressor working noise ; and ( 2 ) when the aerator and aeration are closed , the biological noise SPL generated by the feeding process of the big yellow fish is about 92.65 d B , which is slightly higher than the background noise ( about 88.19 dB ) . The results show that : ( 1 ) The auditory threshold of the big yellow fish can be fed back to the most sensitive frequency range ( ~ 93 ~ 95 dB ) at 500 ~ 800 Hz , and the hearing sensitivity of the big yellow fish is decreased significantly ( ~ 93 dB ) . The auditory sensitivity of the big yellow fish is decreased greatly in the range of 1000 ~ 4000 Hz . The auditory threshold is increased ( ~ 97 ~ 120 dB ) . The results showed that : ( 1 ) The effect of sound stimulation was about 11.84 % ( P0.05 ) . The experimental results demonstrate that the acoustic characteristics of Pseudosciaena croakers are different from their vocal frequency , and it can be used in the field of sound pressure level ( 110 锝，

本文編號：1483296