◎ 閆錚 王小瑞

海洋牧場生產(chǎn)中相關(guān)馴化技術(shù)的應(yīng)用

◎ 閆錚 王小瑞

海洋牧場作為一種近海漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要模式，近年來得到了重視、應(yīng)用和推廣。海洋牧場以馴化和養(yǎng)殖海洋魚類作為基本生產(chǎn)方式，魚類馴化技術(shù)得到了廣泛使用和研究，本文在探討了國內(nèi)外魚類馴化相關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以黑鯛為例，研究了海洋牧場中魚類馴化相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，主要從聲響馴化和燈光馴化為主，對馴化試驗的設(shè)計、結(jié)果、結(jié)論分別進行了探討和分析，最后研究了海洋牧場魚類馴化設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計，分別就浮體、餌料供應(yīng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、防沉系統(tǒng)、水下監(jiān)控系統(tǒng)和定位通信系統(tǒng)進行了研究。

近年來海洋牧場作為實現(xiàn)近海漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要模式在全國范圍內(nèi)得到了大范圍的開發(fā)和推廣，海洋牧場生產(chǎn)和運行所依賴的四大關(guān)鍵技術(shù)之一就是魚類行為控制與馴化技術(shù)，總體來看目前現(xiàn)階段海洋牧場魚類馴化的手段仍然以人工為主，并基于魚類行為學(xué)建立了一套系統(tǒng)的魚類馴化技術(shù)，依據(jù)魚類對光線、聲響等外界刺激性因素的趨性反應(yīng)，配合相關(guān)的誘食性餌料，從而實現(xiàn)對魚類行為的馴化和控制。這對海洋牧場的發(fā)展以及魚類魚苗的有效管理都至關(guān)重要，為今后海洋牧場向資源管理型漁業(yè)方向發(fā)展提供了重要手段，對未來海洋漁業(yè)的發(fā)展都具有重要作用。

國內(nèi)外魚類馴化相關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外魚類馴化相關(guān)技術(shù)的研究和應(yīng)用側(cè)重點有所不同，日本、歐美國家比較側(cè)重于利用聲音技術(shù)實現(xiàn)對魚類的馴化，在魚類喂餌時通過聲音建立條件反射從而控制和馴化魚類的行為；國內(nèi)在魚類馴化技術(shù)上側(cè)重于餌料誘食，通過在餌料中添加特定的誘食劑，從而逐漸改變魚類的食性。

國外魚類馴化相關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀。歐美、日本等是研究魚類馴化技術(shù)最早的國家，其在音響馴化方面取得了比較顯著的成果，并且目前已經(jīng)得到了實踐應(yīng)用，收到了很好的經(jīng)濟效益。歐美等國家的魚類音響馴化技術(shù)在深海網(wǎng)箱養(yǎng)殖中應(yīng)用比較普遍，使用音響馴化技術(shù)獎逃逸的魚群重新召回到網(wǎng)箱之中，日本開發(fā)建設(shè)了音響馴化型的海洋牧場，通過音響和魚類攝食之間建立一定的反射將魚群引誘到某個水域從而提高餌料的使用效率。

國內(nèi)魚類馴化相關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀。我國對魚類行為學(xué)和馴化方面的研究相對歐美、日本來說比較晚，近年來經(jīng)過多年努力在餌料誘食馴化方面取得了一定成果，特別是在馴化魚類攝食配合餌料等方面取得了較大進展，為我國海洋漁業(yè)的發(fā)展做出了較大貢獻。在音響馴化技術(shù)方面國內(nèi)目前還處于理論研究的初步階段，不過很早就使用了原始聲響進行魚類馴化。

海洋牧場中魚類馴化相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用——以黑鯛為例

黑鯛生物學(xué)特性。黑鯛是一種生活在淺海的底層魚類，一般棲息在水深小于50米的近海海域，正常生活水溫為3.5攝氏度至35.5攝氏度，具有適合人工養(yǎng)殖的特性。黑鯛具有方向性的聽力和聲源辨別能力，并且通過聲音完成同伴之間的交流和信息傳遞，對較低頻率的聲音具有比較敏感的聽覺。

黑鯛的聲音馴化。黑鯛對300～400赫茲的聲音感受最為敏感，因此采用時長3秒的350赫茲的正弦波、播放間隔為1秒的聲響，試驗對象為300尾黑鯛，平均體長8厘米，平均個體重量9克，選取4X7X1.5（立方米）的室內(nèi)水槽，水位保持在0.8米，水溫控制在20度，聲音馴化時間為360秒，先播放60秒的聲音，然后喂餌料，時間為120秒，結(jié)束后繼續(xù)播放60秒聲音，完成一個馴化周期。

試驗結(jié)果顯示：初期黑鯛對350赫茲的聲音呈現(xiàn)負向趨聲性，因為受到了驚嚇，只有很少一部分黑鯛在靠近聲音源的地方攝食；在聲音馴化的第五天，只播放聲音未投餌料的情況下，已經(jīng)超過80%的黑鯛聚集在聲音源的周圍，投餌料后黑鯛開始競相搶奪攝食，投餌料結(jié)束后繼續(xù)播放聲音，仍然有超過35%的黑鯛在聲音源附近聚集；聲音馴化的第九天，在開始播放聲音時黑鯛魚群的反應(yīng)比較強烈，向聲音源的游動速度很快，幾乎聚集了98%的黑鯛，投餌料后迅速搶奪攝食，結(jié)束后大部分黑鯛仍然在聲音源附近游弋。

通過黑鯛的聲音馴化，可以得到如下結(jié)論：驗證了黑鯛在行為特征上的趨聲性，為海洋牧場馴化和養(yǎng)殖黑鯛提供了技術(shù)上的可行性，結(jié)果表明通過350赫茲的聲音同時配合餌料的投喂，就可以在短期內(nèi)實現(xiàn)對黑鯛的穩(wěn)定的條件反射，從而實現(xiàn)漁業(yè)馴化效果，為海洋牧場漁業(yè)的控制和管理提供有效的手段。

黑鯛的燈光馴化。黑鯛的眼睛發(fā)育較早，屬于近海岸視覺魚類，幼苗時期的黑鯛，主要使用眼睛作為捕食攝食的器官，由于其長期生活在海域底層，成魚后的視覺敏感程度要弱于聽覺、嗅覺。

選取100尾經(jīng)過聲音馴化的黑鯛，在400～650nm的光譜感受范圍內(nèi)選取藍、紅、黃、綠四種顏色的光源作為試驗用燈光。在一個4×7×1.5立方米的水槽內(nèi)放置一個2×2×0.75立方米的網(wǎng)箱。為了試驗的可靠性必須采取措避免各種光源之間可能產(chǎn)生的相互干擾，每種光源的試驗周期都是1天，每種光源試驗周期內(nèi)同時每天進行4次聲音馴化，并在當(dāng)天晚上8點開始進行燈光馴化試驗，測得光照強度，根據(jù)光照強度的不同將黑鯛魚群的活動區(qū)域范圍劃分為3個區(qū)域，并對各區(qū)域就聚集的黑鯛數(shù)量進行統(tǒng)計分析。

實驗結(jié)果顯示：隨著光照強度的逐步減弱，紅色燈光和黃色燈光照射下只有少量的黑鯛進入光照較強的區(qū)域進行攝食，大部分聚集在光照強度中等或較弱的區(qū)域游弋，而在藍色燈光和綠色燈光的照射下不同光照強度的區(qū)域黑鯛呈現(xiàn)比較均勻分布的態(tài)勢。

結(jié)論：燈光馴化結(jié)果顯示，紅色燈光和黃色燈光與黑鯛的生活習(xí)性并不適合，而綠色燈光和藍色燈光則比較適則比較適合黑鯛的生活習(xí)性，并且投餌處的燈光光照強度不易過強，作為生活在海域底層的黑鯛，其具有一定的色彩辨識能力，感受較為敏感的光譜區(qū)域在430～560nm之間，其生活環(huán)境的顏色基調(diào)主要為綠色或藍綠色，因此為了最大程度上降低海洋環(huán)境對試驗的影響，可以考慮提高或增強燈光與海洋環(huán)境的對比程度，選擇500nm的綠色可見光作為燈光的馴化光源，因為黑鯛對改波長的燈光具有最佳的光譜敏感度。

海洋牧場魚類馴化設(shè)備的功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計

近年來隨著海洋生態(tài)環(huán)境的修復(fù)需要，在近海海域投放了大量魚種?；谏鲜雎曧?、燈光魚類馴化試驗的結(jié)果，將黑鯛馴化的聲響頻率設(shè)定為350赫茲的單頻音，光源設(shè)定為500nm的綠色LED燈，馴化設(shè)備中的相關(guān)誘導(dǎo)信號均參照上述指標(biāo)和設(shè)定進行設(shè)計，同時考慮到海洋牧場的實際生產(chǎn)環(huán)境，綜合使用聲響、燈光、餌料等來實現(xiàn)對魚類的馴化，同時使設(shè)備的運作完全處于自動化環(huán)境中進行無人值守的運行，使用水下視頻監(jiān)控和無線通信技術(shù)對馴化設(shè)備進行監(jiān)控和通信。

海洋牧場魚類馴化設(shè)備的功能

海洋牧場魚類馴化設(shè)備的功能主要包括餌料供給、信號誘導(dǎo)、能源供應(yīng)、通信定位、環(huán)境檢測、浮體、監(jiān)控等。馴化設(shè)備的工作原理與機制如下：信息誘導(dǎo)系統(tǒng)提供諸如聲響、光源等誘導(dǎo)性因子，餌料供給系統(tǒng)負責(zé)提供魚群所需的信息素餌料，控制系統(tǒng)負責(zé)實現(xiàn)信號誘導(dǎo)系統(tǒng)與餌料供應(yīng)系統(tǒng)的工作匹配與邏輯控制，根據(jù)條件反射的原理持續(xù)不斷地對魚類行為和生活習(xí)性進行馴化，從而使魚群對信號誘導(dǎo)和餌料保存一個長期的記憶，進而實現(xiàn)對魚群行為的控制，能源供應(yīng)系統(tǒng)為設(shè)備運行提供電力能源支持，監(jiān)控系統(tǒng)通過水下攝像實現(xiàn)對整個馴化過程和效果的記錄與監(jiān)控，同時該馴化設(shè)備可以作為一個獨立的海洋平臺，搭載各種傳感器和監(jiān)控設(shè)備，并通過通信系統(tǒng)實現(xiàn)圖像和信息的全過程監(jiān)控與反饋。

海洋牧場魚類馴化設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計

浮體的設(shè)計。浮體是海洋牧場魚類馴化設(shè)備的載體，對于設(shè)備的安全性和可靠性具有重要影響，在型式上以海洋浮標(biāo)為基本參照物，經(jīng)過對比各種型式的浮體優(yōu)缺點，最終選定盤型浮體作為海洋牧場魚類馴化設(shè)備的載體，在進行浮體樣機設(shè)計時要綜合考慮其直徑、吃水、方形、型深等參數(shù)以及海浪、海流等因素的影響，精確計算好浮體的重量、重心、浮心坐標(biāo)、固有周期等重要數(shù)值，在浮體的加工與制作過程中要掌握好相關(guān)材料的選取和工藝的抉擇，確保浮體的安全性和可靠性。

餌料供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計。餌料供應(yīng)系統(tǒng)主要包括二了倉和餌料輸送機構(gòu)，餌料倉儲存和供給餌料，餌料倉設(shè)計時需要確保餌料供應(yīng)的流暢，避免結(jié)拱，考慮到浮體的結(jié)構(gòu)和空間，為了最大程度上增加料倉的體積容量，同時也為了后續(xù)的加工制造的便利，餌料倉采用中出卸料斗型式，餌料倉的設(shè)計與容積要經(jīng)過精確的計算，餌料倉的加工選材采用不銹鋼和鋁合金的材質(zhì)，焊接工藝上選擇使用氬弧焊。

餌料輸送機采用螺旋輸送式，其輸送方式可以分為水平輸送和螺旋輸送兩種方式，在設(shè)計餌料輸送機時需要重點考慮的參數(shù)包括輸送量、轉(zhuǎn)速、螺旋葉片直徑、螺旋軸直徑以及螺距等，在二維及三維建模的基礎(chǔ)上進行螺旋輸送機構(gòu)的加工，選材上使用304不銹鋼。

控制系統(tǒng)的設(shè)計。海洋牧場中魚類的馴化時間和次數(shù)在每天的分布是固定均勻的，所以使用可編程多路定時器和可控開關(guān)進行邏輯控制，定時開啟馴化設(shè)備，實現(xiàn)信號誘導(dǎo)系統(tǒng)和餌料供給系統(tǒng)之間的邏輯控制，經(jīng)過市場比較和選擇最終采用KG316微型芯片時控開關(guān)和JSPD-144可編程多路定時器。

根據(jù)黑鯛的馴化設(shè)計，通過微型芯片時控開關(guān)（KG316）實現(xiàn)對JSPD-144的電源輸入進行控制，從而實現(xiàn)對定時器工作時間的控制。攝像系統(tǒng)首先進入工作狀態(tài)，將其接入到定時器的OUT1接口，在定時器開啟時其就進入工作狀態(tài)，定時器工作1分鐘后信號誘導(dǎo)系統(tǒng)開始播放聲響和打開光源，定時器工作2分鐘后餌料供給系統(tǒng)開始向魚群喂餌。通過設(shè)定馴化設(shè)備可以按照系統(tǒng)控制自動地完成無人守值情況下的魚類馴化工作。另外可以根據(jù)實踐需要或經(jīng)驗來對該系統(tǒng)進行持續(xù)不斷地優(yōu)化升級。

防沉系統(tǒng)的設(shè)計。防沉系統(tǒng)是為了提高馴化設(shè)備的安全性，在馴化設(shè)備完全沒入水中后仍然能夠自主浮出水面，目前比較常見的防沉系統(tǒng)有兩種類型，一是艙體式防沉系統(tǒng)，二是填充式防沉系統(tǒng)，這兩種類型都有其優(yōu)缺點，經(jīng)過各種因素的綜合考慮，選擇填充式防沉系統(tǒng)作為魚類馴化設(shè)備的防沉系統(tǒng)。防沉系統(tǒng)的加工和測試是防沉系統(tǒng)設(shè)計中的兩個重要環(huán)節(jié)，要嚴(yán)格按照防沉系統(tǒng)的加工工序進行加工制作。

水下監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。水下監(jiān)控系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)攝像機、玻璃罩、箱體、蓄電池、螺桿、撐片等。箱體中防止蓄電池、攝像機及其他固定元器件，玻璃罩放置在箱體的上面，玻璃罩與箱體之間放置橡膠墊片，同時使用法蘭對之進行密封處理，網(wǎng)絡(luò)攝像機可以實現(xiàn)左右350度、上下90度旋轉(zhuǎn)，從而可以大范圍、立體化地對周圍環(huán)境進行監(jiān)控。水下攝像系統(tǒng)可以在局域網(wǎng)和3G等兩種不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進行工作，其供電模塊有兩種充電方式，一是可取回式220V充電，二是固定式太陽能充電，從而滿足了不同環(huán)境和要求下的攝像監(jiān)控。

通信定位系統(tǒng)的設(shè)計。海洋牧場魚類馴化設(shè)備不僅可以用來實現(xiàn)魚類的馴化，而且還可以作為一個航洋設(shè)備平臺，搭載檢測海洋環(huán)境的傳感器、氣象監(jiān)測設(shè)備等，因此需要通信定位系統(tǒng)來實現(xiàn)相關(guān)圖像檢測信息的反饋與傳輸。魚類馴化設(shè)備使用錨繩索進行固定，同時需要考慮到一旦錨繩索斷裂后設(shè)備被沖走后仍然可以找回，就需要在馴化設(shè)備上安裝定位系統(tǒng)，以便隨時跟蹤馴化設(shè)備的行蹤，使用GPS對馴化設(shè)備進行定位，借助3G網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)定位信息回傳，實時反饋馴化設(shè)備的定位信息和圖像信息。

海洋牧場魚類馴化技術(shù)研究及效益分析（編號：201502A228）

河北農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院）