張皓銘，謝笑艷，陳丕茂，袁華榮，馮 雪，佟 飛，劉 雁，成志健，鄒劍豪，陳梓聰

1.上海海洋大學(xué) 海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306

2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南海漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測試驗站/中國水產(chǎn)科學(xué)研究院海洋牧場技術(shù)重點實驗室/廣東省漁業(yè)生態(tài)環(huán)境重點實驗室/廣東省海洋休閑漁業(yè)工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510300

人工魚礁是指用于修復(fù)和優(yōu)化海域生態(tài)環(huán)境，建設(shè)海洋水生生物生息場的人工設(shè)施 (SC/T 9416—2014)。人工魚礁投放后營造的環(huán)境能產(chǎn)生良好的誘集效應(yīng)，為魚類等游泳生物提供適宜的生存和繁殖場所[1-2]。日本從20世紀(jì)50年代中期開始制作投放鋼筋混凝土人工魚礁[3]；中國從20世紀(jì)70年代末開始以人工魚礁和海洋生物增殖為基礎(chǔ)開展海洋牧場建設(shè)，并且開始投放包括鋼筋混凝土魚礁在內(nèi)的人工魚礁[4-5]。誘集效應(yīng)是人工魚礁設(shè)計的重要參考因素。Hylkema等[6]報道了3種人工魚礁型(球形礁型、分層礁型、石堆礁型) 附近魚類的分布情況；鈴木聡志等[7]通過水槽試驗研究了西白令海狹鱈 (Gadus chalcogrammus) 在人工魚礁附近的聚集情況；更多學(xué)者通過水下攝像機(jī)、回聲測探儀、超聲波聲學(xué)遙測等方式研究了人工魚礁區(qū)魚類的活動規(guī)律[8-12]。國內(nèi)相關(guān)研究多為利用礁體模型探討人工魚礁的誘魚效應(yīng)，張碩等[13]通過水槽試驗研究了人工魚礁模型 (方形礁和十字礁) 對大瀧六線魚 (Hexagrammos otakii) 和許氏平鲉 (Sebastes schlegelii) 幼魚的誘集效果；周艷波等[14-17]報道了多種人工魚礁模型對紫紅笛鯛 (Lutjanus argentimaculatus) 幼魚、黑鯛 (Sparus macrocephalus) 幼魚、褐菖鲉 (Sebastiscus marmoratus) 和花尾胡椒鯛 (Plectorhinchus cinctus) 的誘集效果；李磊等[18]研究比較了黑鯛、中國花鱸 (Lateolabrax maculatus) 和大黃魚 (Larimichthys crocea) 在不同人工魚礁模型 (箱體礁、三角形礁、框架礁) 中的誘集效果。有關(guān)人工魚礁材料與結(jié)構(gòu)的誘集效應(yīng)報道較少，如刺參(Stichopus japonicus) 在人工魚礁不同材料 (黏土、水泥和PVC材料)、形狀 (正三菱柱形和圓拱形) 和空隙 (有底有縫隙、有底無縫隙和無底無縫隙) 中的誘集情況[19]，3種不同圓形口徑的魚礁模型對黑鯛的誘集效果[20]，以及人工魚礁間隙對黑鯛幼魚聚集效果的影響[21]等。

鋼筋混凝土魚礁是常用的人工魚礁類型，魚礁豎板 (側(cè)板、內(nèi)部間板) 的方形開孔是鋼筋混凝土魚礁設(shè)計的主要參數(shù)之一，豎板方形孔徑大小是影響魚類誘集效果的重要因素，但尚未見有關(guān)人工魚礁豎板不同方形孔徑誘魚效應(yīng)的報道。黑鯛隸屬于鱸形目、鯛科、鯛屬，是中國沿海重要的巖礁性經(jīng)濟(jì)魚類，由于其資源衰退嚴(yán)重，是我國沿海增殖放流和海洋牧場養(yǎng)護(hù)利用的主要物種之一[4,22-23]。本研究以人工魚礁區(qū)常見的礁棲魚類黑鯛幼魚為研究對象，設(shè)計制作不同方形孔徑的鋼筋混凝土人工魚礁豎板，探討了實驗水池中人工魚礁豎板不同方形孔徑對黑鯛幼魚的誘集效果，以期為今后人工魚礁的優(yōu)化設(shè)計和海洋牧場建設(shè)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗生物

實驗魚為中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所深圳試驗基地培育用于增殖放流的黑鯛幼魚，體長為5.2～8.0 cm (平均6.28 cm)，體質(zhì)量為3.53～14.34 g(平均6.51 g)，體高為2.0～3.2 cm (平均2.39 cm)。將500尾實驗魚置于水槽中暫養(yǎng)72 h，暫養(yǎng)期間正常充氧和投喂，每天早晚各投喂1次，之后隨機(jī)取樣進(jìn)行實驗。

1.2 實驗裝置

實驗在中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所深圳試驗基地的室內(nèi)實驗水池中進(jìn)行。共5個水池，規(guī)格為長5.0 m×寬4.0 m×高1.5 m。水池底部采用有色防水膠帶分為4個同心圓，半徑從小到大分別為50、100、150、200 cm，同心圓之間的外徑間距為50 cm，與魚礁豎板的邊長相等。整個實驗水池可分為A1、A2、A3、A4、A5共5個區(qū)域 (圖1-a)，A1區(qū)域陰影部分為魚礁豎板放置區(qū)域。水池上方安裝監(jiān)控攝像頭，底部安裝水下攝像頭，用于監(jiān)測實驗魚的分布情況 (圖1-b)。實驗用水為砂濾海水，實驗期間水溫為28.0～29.7 ℃，鹽度為29.3～32.1，pH為8.05～8.27。

圖1 實驗水池布局示意圖Fig.1 Layout of experimental cement pool

1.3 實驗儀器

所用儀器包括E5MP3CX10型水下彩色攝像頭、手提電腦、高清?？低暭t外監(jiān)控系統(tǒng)(DS-2CD3Y46WD-I3)，PH818型和AR8012型?，斔|(zhì)檢測儀、電子天平等。

1.4 實驗魚礁豎板

本次實驗?zāi)M人工魚礁典型方形開孔結(jié)構(gòu)，設(shè)計制作方形孔徑魚礁豎板，探究開孔孔徑對黑鯛幼魚的誘集效果。實驗魚礁豎板為長50 cm×寬50 cm×高4 cm的單面鋼筋混凝土材料 (圖2)，其開孔的正方形邊長分別為8、16、24、32、40 cm共5組 (B1、B2、B3、B4、B5)。黑鯛幼魚的平均體高為2.39 cm，舒展魚鰭，能達(dá)到3～4 cm，在不觸碰黑鯛幼魚魚鰭的情況下魚礁豎板孔徑邊長分別約為黑鯛幼魚舒展魚鰭體高的2、4、6、8、10倍。

圖2 人工魚礁豎板不同方形孔徑示意圖Fig.2 Artificial reef vertical version of different square aperture

1.5 實驗條件

本誘集實驗共設(shè)置5個實驗組和1個對照組。實驗組為5個不同孔徑尺寸的魚礁豎板 (分別為B1、B2、B3、B4、B5組)，在5個條件相同的水池進(jìn)行實驗，魚礁豎板豎直放置于水池中間A1區(qū)域；對照組為實驗條件相同但不投放魚礁豎板的水池。分別往5個實驗水池注入60 cm深的海水，從暫養(yǎng)水槽中隨機(jī)選取50尾魚投入水池，實驗于8:00開始到20:00結(jié)束，實驗中用水下攝像系統(tǒng)和水上監(jiān)控系統(tǒng)連續(xù)記錄。每組實驗重復(fù)3 d，為平行組，視頻設(shè)置每隔30 min提取1次照片，每組實驗總計觀察25次。實驗在自然光照條件下進(jìn)行，光照強(qiáng)度為100～300 lx，18:30—20:00時間段采用日光燈補(bǔ)充光源，光照強(qiáng)度可達(dá)到100 lx。

安裝水下攝像頭時，采用與水池顏色相同的亞克力板將水下攝像頭圍起來，以減少其對實驗魚的影響。實驗水池的排水口使用水泥澆筑密封的PVC管堵住，管高為4 cm，便于保持池底平整，無障礙物，盡可能減少對實驗魚的影響。實驗期間不充氣、不投餌。為減少流動水對實驗的影響，本實驗采用靜水，同時用黑布將過道遮住，盡可能減少外部環(huán)境的干擾。為防止實驗魚對環(huán)境熟悉產(chǎn)生依賴性，每天更換一批新的實驗魚。

1.6 數(shù)據(jù)處理

平均出現(xiàn)率 (P) 指實驗魚在某一區(qū)域出現(xiàn)的總頻數(shù)占實驗魚在各區(qū)域出現(xiàn)的總頻數(shù)的百分比[24]：

式中：Mi表示在第i次實驗時實驗魚在某一區(qū)域中出現(xiàn)的頻數(shù)；mi是在第i次 (i<50) 實驗中實驗魚出現(xiàn)在各區(qū)域的總頻數(shù)。

實驗中由于圓環(huán)之間的面積存在等差數(shù)列特征，面積比為1∶3∶5∶7，在進(jìn)行比較時須配平，即：

式中：n為區(qū)域面積中Ai的i數(shù)值，為1、2、3、4。其中A5區(qū)域面積的配平為：

采用Excel 2016軟件處理實驗數(shù)據(jù)，通過IBM SPSS Statistics 22.0中的Duncan's方法進(jìn)行多重比較分析，顯著性水平P設(shè)為0.05。

2 結(jié)果

2.1 對照組在各區(qū)域的平均出現(xiàn)率

本研究觀察到對照組 (不投放魚礁豎板) 大部分幼魚以個體為單位分散游動，偶爾出現(xiàn)幾尾魚競相追逐游動，未發(fā)現(xiàn)大規(guī)模集群游動現(xiàn)象。在實驗水池4個角落分布的幼魚居多，其他區(qū)域則呈離散型分布游動。實驗魚在水池各區(qū)域的平均出現(xiàn)率分別為A1區(qū)域2.56%、A2區(qū)域3.10%、A3區(qū)域2.10%、A4區(qū)域2.00% (表1)，高低依次為A2>A1>A3>A4。A5區(qū)域由于靠近池壁，未與其他區(qū)域進(jìn)行比較。統(tǒng)計結(jié)果顯示，A1—A4區(qū)域之間不存在顯著性差異 (P>0.05)，實驗魚在A1—A4區(qū)域出現(xiàn)的頻次較低，大部分在A5區(qū)域游動。

表1 實驗魚在各區(qū)域的平均出現(xiàn)率Table 1 Average occurring rate of fish in each area %

2.2 不同區(qū)域幼魚平均出現(xiàn)率比較

與對照組相比，水池中放置魚礁豎板的實驗組幼魚在A1區(qū)域的出現(xiàn)率有所增加，遠(yuǎn)離魚礁豎板的A5區(qū)域出現(xiàn)率有所減少。整體為實驗組高于對照組。

實驗組B1：A1區(qū)域幼魚平均出現(xiàn)率為9.89%，較對照組上升了7.33%；而遠(yuǎn)離魚礁豎板的A5區(qū)域幼魚平均出現(xiàn)率相較于對照組下降至5.18%(表1)，統(tǒng)計結(jié)果顯示A1區(qū)域的平均出現(xiàn)率與其他區(qū)域存在顯著差異 (P<0.05)，A2與A3、A4區(qū)域存在顯著差異 (P<0.05)，A3與A4區(qū)域之間差異不顯著 (P>0.05)。幼魚在各區(qū)域的平均出現(xiàn)率依次為A1>A2>A3>A4。

實驗組B2：相對于對照組，A1區(qū)域幼魚平均出現(xiàn)率上升至7.67%。A1區(qū)域的平均出現(xiàn)率與其他區(qū)域存在顯著性差異 (P<0.05)，而A2、A3、A4區(qū)域之間差異不顯著 (P>0.05)。幼魚在各區(qū)域的平均出現(xiàn)率依次為A1>A2>A3>A4。

實驗組B3：相對于對照組，A1區(qū)域內(nèi)幼魚平均出現(xiàn)率上升至9.01%。A1區(qū)域幼魚平均出現(xiàn)率與其他區(qū)域存在顯著性差異 (P<0.05)，而A2—A4區(qū)域之間不存在顯著性差異 (P>0.05)。幼魚在各區(qū)域的平均出現(xiàn)率依次為A1>A2>A3>A4。

實驗組B4：與對照組相比，A1區(qū)域內(nèi)幼魚平均出現(xiàn)率上升到5.25%，而A5區(qū)域的下降到5.51%。A1與A2、A3、A4之間存在顯著性差異 (P<0.05)。幼魚在各區(qū)域的平均出現(xiàn)率依次為A1>A4>A2>A3。

實驗組B5：相對于對照組，A1區(qū)域幼魚平均出現(xiàn)率上升到6.80%。A1與A2、A3、A4之間存在顯著性差異 (P<0.05)，這與B4組的實驗結(jié)果相同。幼魚在各區(qū)域的平均出現(xiàn)率依次為A1>A2>A4>A3。

在A2—A4區(qū)域，除B1組實驗魚在A2區(qū)域的平均出現(xiàn)率與A3、A4區(qū)域之間存在顯著差異(P<0.05)外，其余實驗組均不存在顯著性差異(P>0.05)。而B4組實驗魚的出現(xiàn)頻率最低，差異顯著。在A3與A4區(qū)域，幼魚平均出現(xiàn)率最高的分別是B3和B4組，其余實驗組的平均出現(xiàn)率介于2.00%～3.30%。

2.3 不同實驗組幼魚出現(xiàn)率比較

不同實驗組黑鯛幼魚在各區(qū)域的平均出現(xiàn)率見圖3。A1區(qū)域，對照組與實驗組B1、B2、B3、B5之間存在顯著性差異 (P<0.05)，而與實驗組B4差異不顯著 (P>0.05)。B1組幼魚平均出現(xiàn)率最高 (9.89%)。A2區(qū)域，距離魚礁豎板2倍礁距 (100 cm)的距離，實驗組幼魚的平均出現(xiàn)率均降低，但高于對照組。除B4組的平均出現(xiàn)率與其他實驗組差異顯著(P<0.05)外，其余組的差異不顯著。A3和A4區(qū)域，實驗組之間差異不顯著。A5區(qū)域，除B5組外，對照組與其他實驗組的平均出現(xiàn)率存在顯著性差異 (P<0.05)。

圖3 各區(qū)域中實驗魚的出現(xiàn)率Fig.3 Fish occurring rate in each area

實驗組中，A1區(qū)域的幼魚出現(xiàn)率均高于A2、A3、A4區(qū)域，A1—A4區(qū)域的幼魚平均出現(xiàn)率呈逐級遞減趨勢，但實驗組均高于對照組；A5區(qū)域的幼魚平均出現(xiàn)率低于對照組，這表明實驗出現(xiàn)頻次降低，幼魚向?qū)嶒灲阁w中心區(qū)域聚集。

3 討論

研究顯示，魚類具有趨于接觸或者靠近海底、礁石等的趨觸性和逃避敵害的避敵性行為[25]。Laegdsgaard和Johnson[26]研究也顯示，小型幼魚因受捕食者的影響而積極尋求庇護(hù)所；日本學(xué)者通過觀察礁區(qū)魚類活動，認(rèn)為索餌和避敵行為是影響魚類聚集活動的重要因素[27]。

本研究觀察到，未投放魚礁豎板的對照組黑鯛幼魚出現(xiàn)在水池中心A1區(qū)域的頻次較少，平均出現(xiàn)率僅2.56%；而在水池4個角落區(qū)域的幼魚相對較多，這可能是由于池壁角落與池底形成三維空間，黑鯛幼魚聚集于此可能與其領(lǐng)地意識行為有關(guān)[20]。吳常文等[28]通過觀察深水網(wǎng)箱中黑鯛的行為習(xí)性，指出黑鯛具有較高的警戒性，不成群游動，單獨行動居多。本實驗觀察結(jié)果與此結(jié)論相似。

投放魚礁豎板后，A1區(qū)域黑鯛幼魚平均出現(xiàn)率均上升，A5區(qū)域有所下降，這與何大仁和施養(yǎng)明[20]、陳勇等[29]、周艷波等[14-17]的研究結(jié)果基本一致，表明魚礁豎板對黑鯛幼魚具有一定的誘集效果。黑鯛幼魚在礁區(qū)平均出現(xiàn)率最高的為B1組(9.89%)，比對照組僅增加7.33% [(與對照組之間差異顯著 (P<0.05)]，并無大幅度增加。這是由于本實驗采用的魚礁豎板為人工魚礁典型結(jié)構(gòu)的一部分，并不具備人工魚礁立體空間結(jié)構(gòu)所具有的遮蓋和陰影效果。本實驗選擇魚礁單面豎板，主要是為了降低人工魚礁空間整體性對黑鯛幼魚的誘集效果。

從比較結(jié)果看，魚礁豎板B1組對黑鯛幼魚的誘集效果最好，其次是B3、B2、B5、B4組，其對應(yīng)的魚礁豎板開孔孔徑分別為黑鯛幼魚體高 (舒展魚鰭) 的2、6、4、10、8倍，黑鯛幼魚傾向于魚礁豎板孔徑邊長與其體高差距不大的魚礁豎板。這可能是由于魚礁豎板B1的孔徑小，相對實體表面積更大，黑鯛幼魚在礁區(qū)活動時，魚礁豎板作為障礙物為其提供了一定的遮蔽效果，遮擋了其他幼魚的視線，且作為礁棲性魚類，黑鯛幼魚會傾向于在礁石等障礙物附近活動[30-31]。但B1、B2、B3、B5組之間的誘集效果差異不顯著，而B1與B4組間差異顯著，表明魚礁豎板方形孔徑大小對黑鯛幼魚的誘集效果無明顯規(guī)律。原因可能是實驗池內(nèi)無外界刺激因子 (如捕食者、海流等) 的介入，黑鯛幼魚處于自由攝食狀態(tài)，不會在第一時間尋找庇護(hù)所或障礙物[32]。B4組黑鯛幼魚出現(xiàn)的頻次較其他實驗組低，可能由于受到外界因素干擾，B4組實驗水池靠近窗口，池壁邊投下的陰影相對較重，黑鯛幼魚趨向于池邊。通過水下攝像機(jī)觀察發(fā)現(xiàn)，黑鯛幼魚在池底和魚礁豎板上不斷啄食，驗證了上述推測。因此在設(shè)計人工魚礁時，在礁體表面積不變的前提下，豎板孔徑為魚體高的2～6倍對其誘集效果更佳。

本研究探討了人工魚礁豎板不同方形孔徑對黑鯛幼魚的誘集效果，可為人工魚礁礁體結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考依據(jù)。本研究的不足在于，實際條件下，魚類對人工魚礁孔徑的選擇可能與海流、光照強(qiáng)度、水溫等物理環(huán)境條件以及餌料豐富度、捕食者等生物條件有關(guān)；實驗用魚單一，未考慮黑鯛成魚或者不同階段黑鯛混合或者多品種魚混合的誘集效果。魚礁豎板擬合流場等多種物理環(huán)境、生物因子對魚類生物的誘集效果是下一步的研究方向，通過水中機(jī)器人 (ROV) 與超聲波探測等技術(shù)手段對實際投放的人工魚礁的集魚效果進(jìn)行觀察，相互驗證，將為人工魚礁優(yōu)化設(shè)計和成本控制提供借鑒。