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基于网箱控制法和模型法的长江种淡水鱼目标强
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摘要：在渔业资源评估方法的选择上, 相比于传统的渔获物调查法, 渔业声学调查法能覆盖更多的水体体积, 具有快速、连续、无伤害及投入小等优势, 受到全球范围内的关注[1-2]。在水域环境方
在渔业资源评估方法的选择上, 相比于传统的渔获物调查法, 渔业声学调查法能覆盖更多的水体体积, 具有快速、连续、无伤害及投入小等优势, 受到全球范围内的关注[1-2]。在水域环境方面, 渔业声学技术广泛应用于海洋[3-4]、河口[5]、河流[6-8]、湖泊[9]及水库[10-11]渔业资源监测; 此外, 在鱼类行为[12-13]、鱼种鉴定[14]、大坝过鱼设施效果评估[15]、重要经济鱼类[16-17]和珍稀濒危鱼类繁殖群体监测[18-19]等方面有大量应用。
目标强度(target strength, TS)是描述作为声散射体对声波反射能力的物理量, 是将声散射积分值转化成绝对资源量的关键参数, 同时也是渔业声学技术的热点研究内容。目前, 全球已标定目标强度的淡水鱼类仅数十种, 且大多集中在具商业价值的品种, 尤其是鲑科类(salmonids)、鲤科类(cyprinids)、鲈类(percids)、胡瓜鱼类(osmerids)及鲱类(clupeids), 占该领域已发表文献数量的85%, 具有不同鳔室结构和体型特征的鱼类很少被关注。而基于不同鱼体结构等因素对声波反射的差异特征是运用声波对鱼类进行鉴别的基础, 也是未来渔业声学发展的方向[20]。国际上鱼类目标强度研究起步较早, 但研究鱼类的种类比较有限, 特别是应用在实际资源评估中。中国情况更加复杂, 主要体现在多鱼种混栖, 为资源监测和评估增加了难度, 也对鱼类目标强度研究提出了更高的要求[21-22]。为促进渔业声学技术在我国的发展和应用, 开展目标强度这一基础研究成为当务之急。
根据被研究对象所处的状态, 目标强度的测定方法可分为原位测定法(in situ)[23-28]和非原位测定法(ex situ)。非原位测定法又可细分为绳系法[29-30]、网箱控制法[3, 31]及模型法[32-35]等。模型法主要有球体模型(sphere)、有限圆柱体模型(an finite chlinder)、畸形圆柱模型( deformed cylinder model, DCM)和基尔霍夫近似模型(the Kirchhoff ray-mode approximation model, KRM)。模型法的基本原理为将影响目标强度的因素(鳔和鱼体的生物学结构、体型及声波入射角度等)作为参数, 运用相关声波散射原理来进行计算。相比于其他模型法, 基尔霍夫近似模型能够很好地反映鱼的目标强度特征, 在国外有着广泛的研究, 而国内研究的不多[32, 35-39]。目前, 内陆水体目标强度的测定常采用单一的方法, 而采用模型法对实测法结果进行比较的研究极少，两种方法结合使用能够提高鱼类目标强度测定结果的准确性。
基于长江淡水鱼类鳔室数量、骨板有无、栖息类型及形态学特征, 选取代表性种类鳊(Para-bramis pekinensis)、鲢(Hypophthalmichthys molitrix)、鲇(Silurus asotus)和长江鲟(Acipenser dabr-yanus)作为实验对象, 使用网箱控制法进行现场测定, 同时采用模型法对实测结果进行比较, 尝试建立以上4种鱼目标强度与其生物学参数的回归关系, 并研究不同鳔室结构、身体构造及声波入射角度等因素对目标强度的影响, 旨在丰富长江淡水鱼类目标强度数据资料, 为采用渔业声学方法进行长江淡水鱼类垂直原位监测评估资源量提供可供参考的相关参数。
1 材料与方法
1.1 网箱控制法
1.1.1 实验平台 实验水域选在湖北省宜昌市三峡库区(三峡大坝上游约5 km)的中华鲟养殖网箱基地(30°52.1310′N, 110°58.8554′E), 该水域水深60~80 m, 水流速0.01 m/s, 网箱离岸约300 m。实验网箱规格4.5 m×4.5 m×15 m (长×宽×深), 网目(2a=12 mm), 换能器发射的声波在网箱底部(15 m), 波束直径约为1.78 m (小于网箱宽度4.5 m), 故网箱四周网衣对声波信号无干扰。网衣底部四角悬挂10 kg的铅球, 确保网衣竖直。实验装置及实验鱼回波图(示例长江鲟)如图1所示。
1.1.2 实验鱼的选取与来源
鳊: 体长为体高的2.3~3.0倍, 体高, 甚侧扁, 呈长菱型。鳔3室, 中室最大, 后室小而末端尖。栖息于水体的中下层, 广布性种类。
鲢:体长为体高的2.7~3.6倍, 体侧扁, 稍高, 腹部扁薄。鳔大, 2室, 前室长而膨大, 后室锥形, 末端小。分布极广, 栖息于江河干流及附属水体的上层。广布性种类。
鲇: 体长为体高的4.3~6.1倍, 体延长。鳔1室, 心形。栖息于水体底层, 广布性种类。
长江鲟: 体长为体高的6.0~9.9倍, 体长, 呈梭型。鳔1室, 体具5行骨板。
实验于2012年12月及2013年6―7月开展。鳊和鲢由定制刺网和板罾采集于三峡库区。长江鲟随机取自中华鲟基地网箱, 鲇购买自临近养 殖户。
1.1.3 数据获取 使用BioSonics DT-X分裂波式科学回声仪(BioSonics INC, USA)应用网箱控制法测定TS值, 该仪器相关参数见表1。
换能器固定于自制金属浮筒, 由两根从网箱对角线发出的绳索将浮筒置于网箱正中央, 换能器入水0.45 m, 朝向垂直向下(图1)。使用13.7 mm标准铜球对仪器进行校准, 铜球参考目标强度值为?45 dB (图2)。
文章来源：《长江丛刊》 网址: http://www.cjckzzs.cn/qikandaodu/2021/0722/1402.html