胡慶松，王 熠，祖西龍，陳雷雷，李 俊

(上海海洋大學(xué)工程學(xué)院，上海 201306)

海洋牧場(chǎng)是指在某一海域內(nèi)建設(shè)適應(yīng)水產(chǎn)資源生態(tài)的人工棲息場(chǎng)，采用增殖放流和移殖放流的方法，將生物種苗經(jīng)過(guò)中間育成或人工馴化后放流入海，利用海洋自然生產(chǎn)力并進(jìn)行微量投餌育成，同時(shí)采用先進(jìn)的魚(yú)群控制技術(shù)和環(huán)境監(jiān)控技術(shù)對(duì)其進(jìn)行科學(xué)管理，使其資源量增大，有計(jì)劃且高效率地進(jìn)行捕撈[1]。人工苗種放流存活率是影響海洋牧場(chǎng)增殖效益的重要因素[2]。在當(dāng)前海洋牧場(chǎng)增殖苗種培育及放流實(shí)施過(guò)程中，對(duì)于增殖目標(biāo)種的野化訓(xùn)練環(huán)節(jié)仍重視不足，針對(duì)批量生產(chǎn)增殖目標(biāo)種的野化訓(xùn)練技術(shù)嚴(yán)重缺乏，苗種放流后生存適應(yīng)性差、放流存活率低，嚴(yán)重影響了增殖效果，成為制約海洋牧場(chǎng)增殖放流成效提升的主要因素之一[3-5]。

為解決以上問(wèn)題，自20世紀(jì) 80 年代起，歐美地區(qū)許多發(fā)達(dá)國(guó)家已開(kāi)始針對(duì)一些主要增殖種類(lèi)展開(kāi)研究，重點(diǎn)分析人工養(yǎng)殖苗種和野生苗種間存在的關(guān)鍵行為學(xué)模式和生理學(xué)特征差異，探討提高人工繁育苗種野外存活率的野化訓(xùn)練途徑[6-12]。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，以魚(yú)類(lèi)社會(huì)學(xué)習(xí)能力研究為基礎(chǔ)的攝食-反捕食能力訓(xùn)練、環(huán)境豐容技術(shù)、游泳能力訓(xùn)練等行為馴化研究逐漸受到關(guān)注[13-16]。然而，從世界范圍看，盡管目前在放流苗種行為馴化理論研究方面取得了一定進(jìn)展，但野化訓(xùn)練技術(shù)在增殖實(shí)踐中的應(yīng)用仍處于探索階段，歐美地區(qū)已有研究大多圍繞鮭科魚(yú)類(lèi)開(kāi)展，且以單一訓(xùn)練技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證為主[17-18]。針對(duì)捕食、避敵等方面尚未見(jiàn)已開(kāi)展的系統(tǒng)化、規(guī)?；夹g(shù)實(shí)踐應(yīng)用。

放流后自然海域下捕食活餌和躲避敵害能力是魚(yú)苗能否生存的第一挑戰(zhàn)，由于食物和環(huán)境方面的明顯差異，從人工餌料直接過(guò)渡到野外環(huán)境下的活餌是一個(gè)跳躍性變化。采用人工餌料和活餌復(fù)合式進(jìn)行，加入敵害進(jìn)行提醒，對(duì)放流魚(yú)苗進(jìn)行野化訓(xùn)練，能夠有效提升放流魚(yú)苗的生存能力。

本研究提出一種增殖放流魚(yú)苗野化訓(xùn)練裝置，開(kāi)展承載浮體、多重避敵裝置、活餌投放裝置、能源供應(yīng)系統(tǒng)、集成控制中心等關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)與選型，針對(duì)條石鯛開(kāi)展捕食活餌和躲避敵害兩種野化訓(xùn)練試驗(yàn)并分析結(jié)果，從而驗(yàn)證該野化訓(xùn)練裝置的可行性。

1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的增殖放流魚(yú)苗野化訓(xùn)練通常以人工方式增加環(huán)境豐容度或釋放活餌的單一訓(xùn)練為主，就提升增殖放流魚(yú)苗的放流初期存活能力而言，存在如下問(wèn)題：

(1)人工輔助野化，容易形成增殖放流魚(yú)苗對(duì)人類(lèi)活動(dòng)的依賴(lài)性。人工養(yǎng)殖階段，魚(yú)苗與人員互動(dòng)頻繁，很容易使得魚(yú)苗形成“人至則食至”和在水面攝食的習(xí)慣。

(2)單一性訓(xùn)練不能滿(mǎn)足野化種群初期存活能力影響因素的綜合性要求。海洋牧場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變，放流魚(yú)苗進(jìn)入海洋后需要面臨包括捕食有限食物和躲避多種敵害等諸多問(wèn)題，僅僅針對(duì)某一方面的野化訓(xùn)練不能使得魚(yú)苗在自然環(huán)境下的生存率得到有效提高。

(3)現(xiàn)有野化裝置常以單一功能的組件臨時(shí)搭建，集成度不夠，安裝不便，尤其是無(wú)法滿(mǎn)足網(wǎng)箱野化訓(xùn)練需求，且固定式野化裝置容易使得增殖放流魚(yú)苗在野化訓(xùn)練過(guò)程中形成類(lèi)似馴化的條件反射。

針對(duì)以上問(wèn)題，提出以下設(shè)計(jì)思路并繪制出如圖1所示的野化訓(xùn)練裝置功能圖。

圖1 野化訓(xùn)練裝置功能圖

(1)集成自動(dòng)或遠(yuǎn)程手動(dòng)控制、魚(yú)苗行為觀測(cè)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信等功能，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)人、自動(dòng)化的野化訓(xùn)練工作。

(2)綜合捕食活餌、躲避敵害兩種野化訓(xùn)練方式，滿(mǎn)足多重野化訓(xùn)練的需求。

(3)具有機(jī)動(dòng)性，可以變換位置。并集成所有的功能裝置于一體，作為整體化設(shè)備適用水池的野化訓(xùn)練需求。

依據(jù)上述設(shè)計(jì)思路并結(jié)合功能圖設(shè)計(jì)出的野化訓(xùn)練裝置主要由多重避敵裝置、活餌投放裝置、承載浮體、能源供應(yīng)裝置、集 成控制中心等組成。野化訓(xùn)練裝置整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 野化訓(xùn)練裝置整體結(jié)構(gòu)圖

2 功能組件設(shè)計(jì)

2.1 多重避敵裝置設(shè)計(jì)

2.1.1 格柵避敵裝置設(shè)計(jì)

格柵避敵裝置的設(shè)計(jì)借鑒了深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)的分級(jí)原理[19-20]，這種原理是利用魚(yú)類(lèi)因攝食、避敵等行為使得魚(yú)類(lèi)自動(dòng)游入格柵所營(yíng)造的內(nèi)部空間。對(duì)于野化訓(xùn)練裝置來(lái)說(shuō)，內(nèi)部空間和外部環(huán)境天然形成了兩級(jí)格局，利用魚(yú)類(lèi)體型特征與格柵間距或孔徑的關(guān)系，可以將體型特征具有明顯差異的敵害異種魚(yú)類(lèi)和同種魚(yú)類(lèi)分離開(kāi)來(lái)，以訓(xùn)練目標(biāo)魚(yú)種躲避異類(lèi)敵害的能力。

避敵格柵規(guī)格參數(shù)主要由受訓(xùn)目標(biāo)種與敵害異類(lèi)的生物學(xué)特征決定。分析受訓(xùn)魚(yú)苗與敵害大魚(yú)的體形差異，可以確定避敵格柵的孔徑大小。以條石鯛為例，條石鯛體長(zhǎng)為體高的1.7～1.9倍[21]。根據(jù)國(guó)內(nèi)相關(guān)魚(yú)類(lèi)增殖放流技術(shù)規(guī)范[22]，放流條石鯛苗種平均全長(zhǎng)≥5 cm。而魚(yú)苗全長(zhǎng)包括體長(zhǎng)，由此可以推出條石鯛苗種放流的體高應(yīng)大于3 cm。黑鯛屬于兇猛的肉食性、追逐捕食性魚(yú)類(lèi)，且在集群捕食中表現(xiàn)積極，反應(yīng)靈敏[23]，適合作為躲避敵害訓(xùn)練中的敵害魚(yú)。黑鯛成魚(yú)的體長(zhǎng)一般在12～30 cm，為體高的2.6倍[24]，可以推算出黑鯛成魚(yú)的體高約為4.6～11.5 cm。綜合作為受訓(xùn)目標(biāo)種的條石鯛魚(yú)苗和作為敵害異類(lèi)的黑鯛成魚(yú)的體高差異，可以將避敵格柵的孔徑大小鎖定在3～4.6 cm之間。此外，由于增殖放流魚(yú)苗在放流前相互之間的體形和規(guī)格也有差異，為了初步減少魚(yú)群種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)與攻擊的可能，在保證有一種孔徑大小介于3～4.6 cm之間的避敵格柵的前提下，還可以增加一種孔徑大小略小于3 cm的避敵格柵。通過(guò)這種孔徑大小略小于3 cm的避敵格柵，當(dāng)有體高大于這種避敵格柵孔徑的增殖放流魚(yú)苗因?yàn)轲囸I等客觀原因追逐攻擊體高小于這種避敵格柵孔徑的同伴時(shí)，后者可以通過(guò)穿過(guò)避敵格柵游入內(nèi)部，而前者被阻擋，那么后者就可以為自己贏得一定的躲避時(shí)間，這也在另一方面體現(xiàn)了避敵格柵的分級(jí)原理。

2.1.2 仿巖礁巢穴裝置設(shè)計(jì)

多數(shù)增殖放流魚(yú)種，如大黃魚(yú)、黑鯛、條石鯛、皇姑魚(yú)等，具有戀礁性。因此，模擬巖礁、巢穴等環(huán)境可以訓(xùn)練增殖放流魚(yú)苗尋找、識(shí)別巢穴和躲避同伴攻擊的能力。仿巖礁巢穴裝置的外形與釘板類(lèi)似，將兩端倒有圓角的多個(gè)柱子安插在平板上，并整體安裝在格柵避敵裝置的底部圓形格柵內(nèi)側(cè)。

2.1.3 多重避敵裝置整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

格柵避敵裝置和仿巖礁巢穴裝置組成多重避敵裝置，其整體結(jié)構(gòu)三維建模圖如圖3所示。

圖3 多重避敵裝置的三維建模圖

2.2 活餌投放裝置設(shè)計(jì)

2.2.1 結(jié)構(gòu)與空間設(shè)計(jì)依據(jù)

活餌投放裝置的結(jié)構(gòu)與空間設(shè)計(jì)主要以活餌投喂量、暫養(yǎng)密度為考量?；铕D投喂量過(guò)大，可能會(huì)給增殖放流魚(yú)苗造成一種“食物供應(yīng)充沛”的假象，不利于訓(xùn)練其捕食活餌的能力?；铕D的暫養(yǎng)密度過(guò)大，會(huì)加劇活餌爭(zhēng)奪有限空間，競(jìng)爭(zhēng)生存，導(dǎo)致存活率降低[25]。綜合以上因素，結(jié)合實(shí)際訓(xùn)練要求，設(shè)計(jì)出如圖4所示的活餌投放裝置。

圖4 活餌投放裝置的三維建模圖

2.2.2 倉(cāng)門(mén)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

活餌投放裝置主要由活餌倉(cāng)網(wǎng)架、活餌倉(cāng)門(mén)機(jī)構(gòu)、紗網(wǎng)、凸型橫梁、平型橫梁、電機(jī)、尼龍繩、拉力彈簧等組成?；铕D倉(cāng)網(wǎng)架呈圓柱狀，內(nèi)部有3個(gè)十字形網(wǎng)架。為實(shí)現(xiàn)活餌定量投放功能，將紗網(wǎng)安裝在活餌倉(cāng)網(wǎng)架的外側(cè)和十字形網(wǎng)架上將料倉(cāng)分成四等分?；铕D倉(cāng)門(mén)機(jī)構(gòu)包括四扇倉(cāng)門(mén)，安裝在最下側(cè)的十字形網(wǎng)架上。電機(jī)和活餌倉(cāng)門(mén)分別綁接一段尼龍繩，兩段尼龍繩之間以拉力彈簧相連接。拉力彈簧用于緩沖尼龍繩對(duì)電機(jī)軸的施力負(fù)擔(dān)，防止開(kāi)閉倉(cāng)門(mén)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而造成尼龍繩繞組拉彎電機(jī)軸。安裝在平行橫梁和凸型橫梁上的電機(jī)通過(guò)拉力彈簧和兩段尼龍繩與倉(cāng)門(mén)相連接。若尼龍繩繞組為順時(shí)針?lè)较?，?dāng)電機(jī)通電并順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，活餌倉(cāng)門(mén)因材料密度大于海水密度而開(kāi)啟，反之則關(guān)閉。

2.2.3 倉(cāng)門(mén)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的確定

倉(cāng)門(mén)開(kāi)閉時(shí)間可以為定時(shí)開(kāi)關(guān)模塊設(shè)定時(shí)間提供依據(jù)，而電機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇關(guān)系到倉(cāng)門(mén)開(kāi)閉時(shí)間的設(shè)定。倉(cāng)門(mén)開(kāi)閉如圖5所示。

圖5 倉(cāng)門(mén)開(kāi)閉示意圖

(1)

(2)

(3)

式中：Δl為尼龍繩的伸長(zhǎng)量，mm；l為尼龍繩在倉(cāng)門(mén)關(guān)閉狀態(tài)下的長(zhǎng)度，mm；d為倉(cāng)門(mén)門(mén)軸到尼龍繩結(jié)點(diǎn)的距離，mm；Δθ為設(shè)定的最大開(kāi)門(mén)角度，(°)；N為尼龍繩在電機(jī)軸上的繞組圈數(shù)；c為電機(jī)軸橫截面的圓周長(zhǎng)，mm；t為倉(cāng)門(mén)開(kāi)閉所需的時(shí)間，s；nr為電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。

假設(shè)尼龍繩處于繃緊拉直狀態(tài)，拉力彈簧處于原長(zhǎng)狀態(tài)。為了減少倉(cāng)門(mén)開(kāi)閉過(guò)程中對(duì)魚(yú)苗和活餌的影響，倉(cāng)門(mén)的運(yùn)動(dòng)幅度不宜過(guò)快過(guò)大，故設(shè)定最大開(kāi)門(mén)角度Δθ=45°，時(shí)間t=5 min。根據(jù)公式(1)～(3)，求得電機(jī)轉(zhuǎn)速nr約為0.6 r/min。選擇額定電壓為12 V，額定轉(zhuǎn)速為0.6 r/min的直流蝸輪蝸桿減速電機(jī)作為倉(cāng)門(mén)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

3 輔助構(gòu)件設(shè)計(jì)

3.1 承載浮體設(shè)計(jì)

3.1.1 承載浮體設(shè)計(jì)原則

為滿(mǎn)足裝置的機(jī)動(dòng)性要求，采用一種浮體，由浮體提供浮力，使得裝置的一部分可以浮于水面，便于根據(jù)需要改變所處位置，避免增殖放流魚(yú)苗在野化訓(xùn)練過(guò)程中形成類(lèi)似馴化的條件反射。以近海小型海洋浮標(biāo)標(biāo)體為母型，進(jìn)行浮體的結(jié)構(gòu)形式和規(guī)格尺寸的設(shè)計(jì)，開(kāi)展相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算，并科學(xué)選材進(jìn)行加工。

在承載浮體概念設(shè)計(jì)階段需要滿(mǎn)足以下兩個(gè)基本原則：

(1)浮體所提供的浮力能與整套野化訓(xùn)練裝置所受重力相平衡。根據(jù)野化訓(xùn)練裝置的功能設(shè)計(jì)要求，預(yù)估包括浮體在內(nèi)的所有組件的重量為浮體的結(jié)構(gòu)形式和規(guī)格尺寸的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

(2)浮體所營(yíng)造的空間充足。在初步滿(mǎn)足所有組件裝載的基礎(chǔ)上仍留有一定的空間余量。

3.1.2 結(jié)構(gòu)形式與規(guī)格尺寸確定

海洋浮標(biāo)標(biāo)體的結(jié)構(gòu)形式有圓盤(pán)形、船型、環(huán)形、球形、柱形等。圓盤(pán)形浮標(biāo)和球形浮標(biāo)具有有效面積和空間利用率較高、穩(wěn)定性較好、能夠抵抗惡劣的海洋環(huán)境、易于布置投放、運(yùn)輸方便等特點(diǎn)，且這兩種浮標(biāo)結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)、生產(chǎn)制作成本較低。然而，由于球形浮標(biāo)在垂蕩方向上的隨波性較好，通常僅用于波浪測(cè)量。船形浮標(biāo)呈流線型，在縱向上的標(biāo)體結(jié)構(gòu)較長(zhǎng)，因此具有不易傾覆、抗風(fēng)浪能力較強(qiáng)、拖曳運(yùn)輸方便的特點(diǎn)，但其造價(jià)相對(duì)較高。柱形浮標(biāo)吃水量較大，且通常需要水下浮標(biāo)作為輔助[26-28]。

為充分利用浮體空間，便于數(shù)據(jù)采集、控制、通訊、能源供應(yīng)等設(shè)備或系統(tǒng)的安裝與使用，結(jié)合該野化訓(xùn)練裝置在水池或網(wǎng)箱的應(yīng)用實(shí)際，參考現(xiàn)有海洋浮標(biāo)標(biāo)體的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)一種環(huán)形圓柱承載浮體。這種浮體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作容易，且其所營(yíng)造的空間可以得到充分利用。

考慮到增殖放流魚(yú)苗和活餌的規(guī)格、數(shù)量等因素，本次設(shè)計(jì)的浮體的規(guī)格尺寸為外圈直徑1 m、內(nèi)圈直徑0.6 m、高度0.3 m、外圈上下兩端圓角半徑0.02 m、圓環(huán)上的4個(gè)通孔直徑0.021 m。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)尺寸，取圓周率π=3.14，則該浮體的體積約為0.149 8 m3。

3.1.3 浮性分析

浮體的規(guī)格尺寸決定了其自身的最大排水量，從而決定了其所能夠提供的最大浮力的大小。根據(jù)阿基米德原理，

F=ρVg

(4)

式中：F為浮體所能提供的最大浮力，N；ρ為浮體排開(kāi)水的密度，kg/m3；V為浮體排開(kāi)水的體積，m3。

海水密度一般在1.02×103～1.07×103kg/m3之間，取ρ=1.02×103kg/m3，g=9.8 N/kg，則求得該浮體所能提供的最大浮力F約為1 497 N。

根據(jù)表1所提供的總質(zhì)量，求出該野化訓(xùn)練裝置的總重量G為539 N。

表1 野化訓(xùn)練裝置各組件的質(zhì)量

從而得到F>G，說(shuō)明該浮體承載后仍然能夠使得裝置的一部分浮于水面。

3.1.4 選材與工藝

海洋浮標(biāo)標(biāo)體一般是由鋼板制成，將所需功能裝置集成在標(biāo)體上。然而，選用鋼制材料需要考慮包括防護(hù)在內(nèi)的許多問(wèn)題。因此，本設(shè)計(jì)采用具備眾多優(yōu)良特性的EVA材料。EVA抗菌能力強(qiáng)、無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)污染，具有密閉泡孔結(jié)構(gòu)，防潮不吸水，抗海水腐蝕能力強(qiáng)。由于其韌性好、回彈性高和抗張力強(qiáng)，具備良好的減震緩沖性能。它還擁有良好的隔熱、保溫防寒性能，可應(yīng)用于嚴(yán)寒和曝曬場(chǎng)合[29]。

此外，為進(jìn)一步增強(qiáng)承載浮體的防海水腐蝕能力，在EVA材料表面噴涂聚脲酯，形成具有一定厚度的聚脲涂層。相對(duì)于傳統(tǒng)有機(jī)涂層材料，聚脲材料擁有低溫韌性好、防腐、耐磨、抗?jié)窕?、耐老化、抗熱沖擊、耐介質(zhì)、固含量高等優(yōu)異的物理化學(xué)性能[30]。問(wèn)世以來(lái)，被廣泛應(yīng)用于防水防滲、防腐耐磨等工程防護(hù)領(lǐng)域[31]。

綜上所述，聚脲涂層EVA材料承載浮體可以同時(shí)適應(yīng)水池和近海網(wǎng)箱的復(fù)雜環(huán)境。

3.2 能源供應(yīng)裝置設(shè)計(jì)

由于水池和網(wǎng)箱占有一定的面積，尤其在占地面積比較大的網(wǎng)箱中，從陸地搭接電纜需要考慮的因素較多，也不利于裝置位置的大范圍調(diào)整，甚至可能會(huì)對(duì)增殖放流魚(yú)苗的野化訓(xùn)練效果造成不小的影響，充分利用太陽(yáng)能這類(lèi)可再生資源供應(yīng)能源很有必要，故采用蓄電池與太陽(yáng)能板相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)各個(gè)用電設(shè)備與系統(tǒng)的連續(xù)供電。在承載浮體上側(cè)的兩個(gè)橫梁上安裝了4塊太陽(yáng)能板，太陽(yáng)能板的功率根據(jù)野化訓(xùn)練裝置的總體布局和設(shè)備用電情況確定。同時(shí)，為充分利用活餌投放裝置的冗余空間，設(shè)計(jì)一種隔水密封蓄電池，將12 V鋰電池放入與之尺寸規(guī)格相匹配的PVC管中，用兩個(gè)PVC內(nèi)堵頭加蓋封裝，并在其中一個(gè)堵頭中心處打孔穿線，使用帶密封圈的金屬螺紋堵頭擰緊。

4 系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)

4.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的綜合野化訓(xùn)練工作，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)活餌投放裝置、監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等裝置或系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)預(yù)留遠(yuǎn)程手動(dòng)控制功能，便于變更工作計(jì)劃。控制系統(tǒng)主要由三個(gè)定時(shí)開(kāi)關(guān)模塊和一個(gè)充放電模塊構(gòu)成。通過(guò)與定時(shí)開(kāi)關(guān)模塊相匹配的智能手機(jī)應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手動(dòng)控制功能。充放電模塊選用太陽(yáng)能充放電控制器，定時(shí)開(kāi)關(guān)模塊選用Wi-Fi四路智能時(shí)間控制器。太陽(yáng)能充放電控制器連接與控制太陽(yáng)能板、蓄電池、負(fù)載三路，具有短路保護(hù)、過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)、開(kāi)路保護(hù)、充電過(guò)熱保護(hù)、防反接保護(hù)等功能，可以有效保護(hù)整體電路的安全與穩(wěn)定。Wi-Fi四路智能時(shí)間控制器作為電子設(shè)備的定時(shí)開(kāi)關(guān)，可以通過(guò)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)和智能手機(jī)應(yīng)用程序遠(yuǎn)程設(shè)置實(shí)現(xiàn)設(shè)備開(kāi)關(guān)時(shí)間控制功能，具體設(shè)置如表2所示。

表2 定時(shí)開(kāi)關(guān)模塊各路功能簡(jiǎn)介

3個(gè)定時(shí)開(kāi)關(guān)模塊各路的功能簡(jiǎn)介如表2所示。二號(hào)定時(shí)開(kāi)關(guān)模塊主要是通過(guò)控制電機(jī)電路的正負(fù)極轉(zhuǎn)換以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，控制原理電路圖如圖6所示。

圖6 采用正負(fù)極性轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)構(gòu)成的簡(jiǎn)單正反轉(zhuǎn)控制電路

4.2 通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

構(gòu)建通信系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)裝置自動(dòng)控制的設(shè)定、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制操作、魚(yú)苗行為的實(shí)時(shí)觀測(cè)等功能。通信系統(tǒng)的載體是無(wú)線通信模塊，在此選用移動(dòng)路由作為無(wú)線通信模塊。移動(dòng)路由建立了用戶(hù)與定時(shí)開(kāi)關(guān)模塊、錄像存儲(chǔ)模塊之間的無(wú)線通信。通過(guò)定時(shí)開(kāi)關(guān)模塊相關(guān)智能手機(jī)應(yīng)用程序，可以遠(yuǎn)程使用定時(shí)開(kāi)關(guān)模塊以便控制相關(guān)設(shè)備的啟?；蛘崔D(zhuǎn)控制。移動(dòng)路由與定時(shí)開(kāi)關(guān)模塊兩者相互作用。移動(dòng)路由為定時(shí)開(kāi)關(guān)模塊提供網(wǎng)絡(luò)通信，定時(shí)開(kāi)關(guān)模塊控制移動(dòng)路由的電源通斷。

4.3 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在增殖放流魚(yú)苗野化訓(xùn)練過(guò)程中，需要對(duì)格柵避敵裝置、仿巖礁巢穴裝置和活餌投放裝置進(jìn)行監(jiān)控，確認(rèn)各功能裝置運(yùn)轉(zhuǎn)正常，同時(shí)觀測(cè)魚(yú)苗行為，以便分析野化訓(xùn)練裝置的野化效果。監(jiān)控系統(tǒng)主要由錄像存儲(chǔ)模塊、兩個(gè)水下攝像頭和一個(gè)水下補(bǔ)光燈組成。錄像存儲(chǔ)模塊選用網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)。網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)作為遠(yuǎn)程監(jiān)控的媒介，采用POE傳輸技術(shù)，同時(shí)解決了供電和網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，其與水下攝像頭、通信系統(tǒng)連接，通過(guò)與錄像存儲(chǔ)模塊相匹配的智能手機(jī)應(yīng)用程序，用戶(hù)可以在線觀看水下攝像頭的實(shí)時(shí)監(jiān)控錄像。此外，由于供應(yīng)能源的隔水密封蓄電池額定電壓為12V，采用“12V24V轉(zhuǎn)48V3A升壓模塊(非隔離)”類(lèi)型的DC-DC直流電源轉(zhuǎn)換器為額定電壓為48V的網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)供電。

4.4 集成控制中心設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)野化訓(xùn)練裝置定時(shí)定量投放活餌、實(shí)時(shí)觀測(cè)魚(yú)苗行為并錄像保存等功能，將定時(shí)開(kāi)關(guān)模塊、無(wú)線通信模塊、充放電模塊、錄像存儲(chǔ)模塊集成于防水控制盒中作為集成控制中心，以實(shí)現(xiàn)野化訓(xùn)練裝置的自主運(yùn)行，避免人為因素對(duì)野化訓(xùn)練工作的干擾。

集成控制中心如圖7所示。

圖7 集成控制中心實(shí)物圖

5 驗(yàn)證試驗(yàn)與效果分析

5.1 模擬生境構(gòu)建

為了驗(yàn)證野化訓(xùn)練裝置的有效性，于2021年夏季在浙江省舟山市西軒漁業(yè)科技島對(duì)條石鯛魚(yú)苗開(kāi)展了野化訓(xùn)練試驗(yàn)。試驗(yàn)水池規(guī)格尺寸為5 m×5 m×1.2 m，容積為30 000 L。試驗(yàn)設(shè)置兩個(gè)水池，野化池和對(duì)照池。每個(gè)水池各投放2 500尾條石鯛魚(yú)苗。野化池投放野化訓(xùn)練裝置和4個(gè)規(guī)格不一的簡(jiǎn)易封閉輔助格柵，對(duì)照池不做任何處理。簡(jiǎn)易封閉輔助格柵選用綠色2.5 cm正六邊形孔絲網(wǎng)和3.3 cm正方形孔加厚2.2 mm聚乙烯平網(wǎng)，不僅可以起到躲避異類(lèi)的作用，還能達(dá)到分級(jí)躲避同類(lèi)大魚(yú)的效果。如圖8所示為野化池中的野化訓(xùn)練裝置和簡(jiǎn)易封閉輔助格柵。

圖8 野化池中的野化訓(xùn)練裝置和輔助格柵

此外，為了更好地觀察記錄本次試驗(yàn)中野化訓(xùn)練裝置的實(shí)際效果，在野化池和對(duì)照池斜上方分別安裝了一臺(tái)POE球形攝像頭并配備了與之相連的網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)用于實(shí)時(shí)錄像。在場(chǎng)地內(nèi)安裝了一臺(tái)信號(hào)放大器用于解決移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)問(wèn)題。

5.2 野化訓(xùn)練方案

5.2.1 捕食活餌訓(xùn)練方案

根據(jù)條石鯛以無(wú)脊椎動(dòng)物或附著于巖礁上的生物為食的特性，初步選擇試驗(yàn)場(chǎng)地及其附近較易獲取的脊尾白蝦作為條石鯛捕食活餌訓(xùn)練用的活餌。

脊尾白蝦為熱溫帶海域底棲蝦類(lèi)，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性廣，可在2～38℃的水中生活，最適生存溫度為27.0～29.6 ℃[32]，能夠在條件簡(jiǎn)陋的水池和活餌倉(cāng)中短期存活，可以作為捕食活餌訓(xùn)練中的活餌。

野化池和對(duì)照池每天均投喂4次餌料。野化池每次投放人工餌料時(shí)的投喂量與對(duì)照池相同。為使訓(xùn)練更加貼近自然狀況，并考慮到成本因素，活餌投放沒(méi)有固定的時(shí)間和次數(shù)。

5.2.2 躲避敵害訓(xùn)練方案

躲避敵害訓(xùn)練流程圖如圖9所示。

圖9 躲避敵害訓(xùn)練流程圖

黑鯛成魚(yú)來(lái)源于近期海釣，水桶暫養(yǎng)環(huán)節(jié)所用條石鯛均從野化池中隨機(jī)撈取。

5.3 訓(xùn)練效果與指標(biāo)分析

5.3.1 捕食活餌訓(xùn)練效果

觀察發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)15 d的捕食活餌訓(xùn)練，條石鯛對(duì)脊尾白蝦從一開(kāi)始的試探攻擊，到群起而攻之，再到“迫不及待”沖進(jìn)活餌倉(cāng)搶食，連蝦殼都不剩。有時(shí)甚至?xí)趥}(cāng)門(mén)沒(méi)有開(kāi)啟的情況下，透過(guò)倉(cāng)門(mén)的小孔，在活餌倉(cāng)外啄食恰好躺在門(mén)孔上的脊尾白蝦。

5.3.2 躲避敵害訓(xùn)練效果

在訓(xùn)練初期的水桶暫養(yǎng)環(huán)節(jié)中，條石鯛與黑鯛之間均存在試探性攻擊對(duì)方的行為，但雙方均沒(méi)有表面?zhèn)?。到了?xùn)練中期的敵害提醒環(huán)節(jié)，封閉在格柵中的黑鯛與水池中的條石鯛魚(yú)苗互動(dòng)明顯，但最終死亡。撈出并觀察該死亡黑鯛，發(fā)現(xiàn)其魚(yú)體僵硬且表面多處有傷痕。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀察分析認(rèn)為封閉格柵限制了黑鯛的活動(dòng)，而條石鯛以壓倒性的群體優(yōu)勢(shì)，不斷攻擊黑鯛，最終導(dǎo)致黑鯛死亡。于是，在訓(xùn)練后期的完全共存環(huán)節(jié)中，又投放了黑鯛2尾。1 d后黑鯛1尾死亡，但另1尾表現(xiàn)正常，分析認(rèn)為前者可能為不適應(yīng)環(huán)境的個(gè)體。存活的那一尾黑鯛時(shí)常追逐條石鯛魚(yú)群，部分條石鯛能夠借助避敵格柵躲避。

5.3.3 基本生長(zhǎng)指標(biāo)對(duì)比

魚(yú)苗全長(zhǎng)和體質(zhì)量?jī)蓚€(gè)基本生長(zhǎng)指標(biāo)的變化可以在一定程度上體現(xiàn)魚(yú)苗身形的變化。為測(cè)定基本生長(zhǎng)指標(biāo)，在野化訓(xùn)練初期和末期各采樣一次，兩次采樣間隔12 d，每次撈取野化池和對(duì)照池魚(yú)苗各50尾。魚(yú)苗基本生長(zhǎng)指標(biāo)對(duì)比如表3所示。

表3 魚(yú)苗基本生長(zhǎng)指標(biāo)對(duì)比

分析表3中的數(shù)據(jù)可見(jiàn)，野化池魚(yú)苗相對(duì)于對(duì)照池魚(yú)苗，全長(zhǎng)增長(zhǎng)率較高而體質(zhì)量增長(zhǎng)率較低。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀察，野化池魚(yú)苗相對(duì)于對(duì)照池魚(yú)苗活動(dòng)次數(shù)多、時(shí)間長(zhǎng)，因此，體長(zhǎng)增長(zhǎng)快和體質(zhì)量增長(zhǎng)略慢，但生長(zhǎng)正常，攝食積極。野化池魚(yú)苗瘦長(zhǎng)體型正說(shuō)明了其較強(qiáng)的活動(dòng)和攝食能力。

5.3.4 魚(yú)苗死亡情況對(duì)比

在試驗(yàn)過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)部分魚(yú)苗死亡的現(xiàn)象。死亡魚(yú)苗的表面特征情況的分類(lèi)統(tǒng)計(jì)如表4所示，野化池與對(duì)照池魚(yú)苗死亡數(shù)量統(tǒng)計(jì)如圖10所示。

圖10 魚(yú)苗死亡數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖

表4 死亡魚(yú)苗的表面特征情況的分類(lèi)統(tǒng)計(jì)

分析表4中死亡魚(yú)苗的表面特征情況，發(fā)現(xiàn)超過(guò)半數(shù)的死亡魚(yú)苗為眼缺失、尾缺失和腮開(kāi)裂，而野化池中的魚(yú)苗除了眼缺失、尾缺失和腮開(kāi)裂外，還有一定數(shù)量的死亡魚(yú)苗魚(yú)體殘缺，野化池中更有2尾死亡魚(yú)苗頭部殘缺，據(jù)此可以推斷為受到同伴激烈攻擊，顯示了存活魚(yú)苗較強(qiáng)的攻擊能力和攻擊性。

從圖10可以看出，除8月9日和8月17日以外，幾乎每天野化池魚(yú)苗的死亡數(shù)量都比對(duì)照池要多。對(duì)比野化池與對(duì)照池魚(yú)苗死亡的數(shù)量和表面特征，可以分析出受訓(xùn)魚(yú)苗攻擊性強(qiáng)。

6 結(jié)論

針對(duì)海洋牧場(chǎng)增殖放流苗種的適應(yīng)性和放流存活率不高的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種增殖放流魚(yú)苗野化訓(xùn)練裝置，實(shí)現(xiàn)了機(jī)動(dòng)化、自動(dòng)化的多重野化訓(xùn)練工作。利用野化訓(xùn)練裝置針對(duì)條石鯛魚(yú)苗開(kāi)展捕食活餌訓(xùn)練和躲避敵害訓(xùn)練試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，在選定的野化訓(xùn)練模式下，可在一定程度上實(shí)現(xiàn)條石鯛魚(yú)苗行為特征的改善，同時(shí)驗(yàn)證了增殖放流魚(yú)苗野化訓(xùn)練裝置的可行性。

□