海洋牧场生产中相关驯化技术的应用

◎ 闫铮 王小瑞

海洋牧场生产中相关驯化技术的应用

◎ 闫铮 王小瑞

海洋牧场作为一种近海渔业可持续发展的重要模式，近年来得到了重视、应用和推广。海洋牧场以驯化和养殖海洋鱼类作为基本生产方式，鱼类驯化技术得到了广泛使用和研究，本文在探讨了国内外鱼类驯化相关技术的研究与应用现状的基础上，以黑鲷为例，研究了海洋牧场中鱼类驯化相关技术的应用，主要从声响驯化和灯光驯化为主，对驯化试验的设计、结果、结论分别进行了探讨和分析，最后研究了海洋牧场鱼类驯化设备的结构设计，分别就浮体、饵料供应系统、控制系统、防沉系统、水下监控系统和定位通信系统进行了研究。

近年来海洋牧场作为实现近海渔业可持续发展的重要模式在全国范围内得到了大范围的开发和推广，海洋牧场生产和运行所依赖的四大关键技术之一就是鱼类行为控制与驯化技术，总体来看目前现阶段海洋牧场鱼类驯化的手段仍然以人工为主，并基于鱼类行为学建立了一套系统的鱼类驯化技术，依据鱼类对光线、声响等外界刺激性因素的趋性反应，配合相关的诱食性饵料，从而实现对鱼类行为的驯化和控制。这对海洋牧场的发展以及鱼类鱼苗的有效管理都至关重要，为今后海洋牧场向资源管理型渔业方向发展提供了重要手段，对未来海洋渔业的发展都具有重要作用。

国内外鱼类驯化相关技术的研究与应用现状

目前国内外鱼类驯化相关技术的研究和应用侧重点有所不同，日本、欧美国家比较侧重于利用声音技术实现对鱼类的驯化，在鱼类喂饵时通过声音建立条件反射从而控制和驯化鱼类的行为；国内在鱼类驯化技术上侧重于饵料诱食，通过在饵料中添加特定的诱食剂，从而逐渐改变鱼类的食性。

国外鱼类驯化相关技术的研究与应用现状。欧美、日本等是研究鱼类驯化技术最早的国家，其在音响驯化方面取得了比较显著的成果，并且目前已经得到了实践应用，收到了很好的经济效益。欧美等国家的鱼类音响驯化技术在深海网箱养殖中应用比较普遍，使用音响驯化技术奖逃逸的鱼群重新召回到网箱之中，日本开发建设了音响驯化型的海洋牧场，通过音响和鱼类摄食之间建立一定的反射将鱼群引诱到某个水域从而提高饵料的使用效率。

国内鱼类驯化相关技术的研究与应用现状。我国对鱼类行为学和驯化方面的研究相对欧美、日本来说比较晚，近年来经过多年努力在饵料诱食驯化方面取得了一定成果，特别是在驯化鱼类摄食配合饵料等方面取得了较大进展，为我国海洋渔业的发展做出了较大贡献。在音响驯化技术方面国内目前还处于理论研究的初步阶段，不过很早就使用了原始声响进行鱼类驯化。

海洋牧场中鱼类驯化相关技术的应用——以黑鲷为例

黑鲷生物学特性。黑鲷是一种生活在浅海的底层鱼类，一般栖息在水深小于50米的近海海域，正常生活水温为3.5摄氏度至35.5摄氏度，具有适合人工养殖的特性。黑鲷具有方向性的听力和声源辨别能力，并且通过声音完成同伴之间的交流和信息传递，对较低频率的声音具有比较敏感的听觉。

黑鲷的声音驯化。黑鲷对300～400赫兹的声音感受最为敏感，因此采用时长3秒的350赫兹的正弦波、播放间隔为1秒的声响，试验对象为300尾黑鲷，平均体长8厘米，平均个体重量9克，选取4X7X1.5（立方米）的室内水槽，水位保持在0.8米，水温控制在20度，声音驯化时间为360秒，先播放60秒的声音，然后喂饵料，时间为120秒，结束后继续播放60秒声音，完成一个驯化周期。

试验结果显示：初期黑鲷对350赫兹的声音呈现负向趋声性，因为受到了惊吓，只有很少一部分黑鲷在靠近声音源的地方摄食；在声音驯化的第五天，只播放声音未投饵料的情况下，已经超过80%的黑鲷聚集在声音源的周围，投饵料后黑鲷开始竞相抢夺摄食，投饵料结束后继续播放声音，仍然有超过35%的黑鲷在声音源附近聚集；声音驯化的第九天，在开始播放声音时黑鲷鱼群的反应比较强烈，向声音源的游动速度很快，几乎聚集了98%的黑鲷，投饵料后迅速抢夺摄食，结束后大部分黑鲷仍然在声音源附近游弋。

通过黑鲷的声音驯化，可以得到如下结论：验证了黑鲷在行为特征上的趋声性，为海洋牧场驯化和养殖黑鲷提供了技术上的可行性，结果表明通过350赫兹的声音同时配合饵料的投喂，就可以在短期内实现对黑鲷的稳定的条件反射，从而实现渔业驯化效果，为海洋牧场渔业的控制和管理提供有效的手段。

黑鲷的灯光驯化。黑鲷的眼睛发育较早，属于近海岸视觉鱼类，幼苗时期的黑鲷，主要使用眼睛作为捕食摄食的器官，由于其长期生活在海域底层，成鱼后的视觉敏感程度要弱于听觉、嗅觉。

选取100尾经过声音驯化的黑鲷，在400～650nm的光谱感受范围内选取蓝、红、黄、绿四种颜色的光源作为试验用灯光。在一个4×7×1.5立方米的水槽内放置一个2×2×0.75立方米的网箱。为了试验的可靠性必须采取措避免各种光源之间可能产生的相互干扰，每种光源的试验周期都是1天，每种光源试验周期内同时每天进行4次声音驯化，并在当天晚上8点开始进行灯光驯化试验，测得光照强度，根据光照强度的不同将黑鲷鱼群的活动区域范围划分为3个区域，并对各区域就聚集的黑鲷数量进行统计分析。

实验结果显示：随着光照强度的逐步减弱，红色灯光和黄色灯光照射下只有少量的黑鲷进入光照较强的区域进行摄食，大部分聚集在光照强度中等或较弱的区域游弋，而在蓝色灯光和绿色灯光的照射下不同光照强度的区域黑鲷呈现比较均匀分布的态势。

结论：灯光驯化结果显示，红色灯光和黄色灯光与黑鲷的生活习性并不适合，而绿色灯光和蓝色灯光则比较适则比较适合黑鲷的生活习性，并且投饵处的灯光光照强度不易过强，作为生活在海域底层的黑鲷，其具有一定的色彩辨识能力，感受较为敏感的光谱区域在430～560nm之间，其生活环境的颜色基调主要为绿色或蓝绿色，因此为了最大程度上降低海洋环境对试验的影响，可以考虑提高或增强灯光与海洋环境的对比程度，选择500nm的绿色可见光作为灯光的驯化光源，因为黑鲷对改波长的灯光具有最佳的光谱敏感度。

海洋牧场鱼类驯化设备的功能与结构设计

近年来随着海洋生态环境的修复需要，在近海海域投放了大量鱼种。基于上述声响、灯光鱼类驯化试验的结果，将黑鲷驯化的声响频率设定为350赫兹的单频音，光源设定为500nm的绿色LED灯，驯化设备中的相关诱导信号均参照上述指标和设定进行设计，同时考虑到海洋牧场的实际生产环境，综合使用声响、灯光、饵料等来实现对鱼类的驯化，同时使设备的运作完全处于自动化环境中进行无人值守的运行，使用水下视频监控和无线通信技术对驯化设备进行监控和通信。

海洋牧场鱼类驯化设备的功能

海洋牧场鱼类驯化设备的功能主要包括饵料供给、信号诱导、能源供应、通信定位、环境检测、浮体、监控等。驯化设备的工作原理与机制如下：信息诱导系统提供诸如声响、光源等诱导性因子，饵料供给系统负责提供鱼群所需的信息素饵料，控制系统负责实现信号诱导系统与饵料供应系统的工作匹配与逻辑控制，根据条件反射的原理持续不断地对鱼类行为和生活习性进行驯化，从而使鱼群对信号诱导和饵料保存一个长期的记忆，进而实现对鱼群行为的控制，能源供应系统为设备运行提供电力能源支持，监控系统通过水下摄像实现对整个驯化过程和效果的记录与监控，同时该驯化设备可以作为一个独立的海洋平台，搭载各种传感器和监控设备，并通过通信系统实现图像和信息的全过程监控与反馈。

海洋牧场鱼类驯化设备的结构设计

浮体的设计。浮体是海洋牧场鱼类驯化设备的载体，对于设备的安全性和可靠性具有重要影响，在型式上以海洋浮标为基本参照物，经过对比各种型式的浮体优缺点，最终选定盘型浮体作为海洋牧场鱼类驯化设备的载体，在进行浮体样机设计时要综合考虑其直径、吃水、方形、型深等参数以及海浪、海流等因素的影响，精确计算好浮体的重量、重心、浮心坐标、固有周期等重要数值，在浮体的加工与制作过程中要掌握好相关材料的选取和工艺的抉择，确保浮体的安全性和可靠性。

饵料供应系统的设计。饵料供应系统主要包括二了仓和饵料输送机构，饵料仓储存和供给饵料，饵料仓设计时需要确保饵料供应的流畅，避免结拱，考虑到浮体的结构和空间，为了最大程度上增加料仓的体积容量，同时也为了后续的加工制造的便利，饵料仓采用中出卸料斗型式，饵料仓的设计与容积要经过精确的计算，饵料仓的加工选材采用不锈钢和铝合金的材质，焊接工艺上选择使用氩弧焊。

饵料输送机采用螺旋输送式，其输送方式可以分为水平输送和螺旋输送两种方式，在设计饵料输送机时需要重点考虑的参数包括输送量、转速、螺旋叶片直径、螺旋轴直径以及螺距等，在二维及三维建模的基础上进行螺旋输送机构的加工，选材上使用304不锈钢。

控制系统的设计。海洋牧场中鱼类的驯化时间和次数在每天的分布是固定均匀的，所以使用可编程多路定时器和可控开关进行逻辑控制，定时开启驯化设备，实现信号诱导系统和饵料供给系统之间的逻辑控制，经过市场比较和选择最终采用KG316微型芯片时控开关和JSPD-144可编程多路定时器。

根据黑鲷的驯化设计，通过微型芯片时控开关（KG316）实现对JSPD-144的电源输入进行控制，从而实现对定时器工作时间的控制。摄像系统首先进入工作状态，将其接入到定时器的OUT1接口，在定时器开启时其就进入工作状态，定时器工作1分钟后信号诱导系统开始播放声响和打开光源，定时器工作2分钟后饵料供给系统开始向鱼群喂饵。通过设定驯化设备可以按照系统控制自动地完成无人守值情况下的鱼类驯化工作。另外可以根据实践需要或经验来对该系统进行持续不断地优化升级。

防沉系统的设计。防沉系统是为了提高驯化设备的安全性，在驯化设备完全没入水中后仍然能够自主浮出水面，目前比较常见的防沉系统有两种类型，一是舱体式防沉系统，二是填充式防沉系统，这两种类型都有其优缺点，经过各种因素的综合考虑，选择填充式防沉系统作为鱼类驯化设备的防沉系统。防沉系统的加工和测试是防沉系统设计中的两个重要环节，要严格按照防沉系统的加工工序进行加工制作。

水下监控系统的设计。水下监控系统包括网络摄像机、玻璃罩、箱体、蓄电池、螺杆、撑片等。箱体中防止蓄电池、摄像机及其他固定元器件，玻璃罩放置在箱体的上面，玻璃罩与箱体之间放置橡胶垫片，同时使用法兰对之进行密封处理，网络摄像机可以实现左右350度、上下90度旋转，从而可以大范围、立体化地对周围环境进行监控。水下摄像系统可以在局域网和3G等两种不同的网络环境中进行工作，其供电模块有两种充电方式，一是可取回式220V充电，二是固定式太阳能充电，从而满足了不同环境和要求下的摄像监控。

通信定位系统的设计。海洋牧场鱼类驯化设备不仅可以用来实现鱼类的驯化，而且还可以作为一个航洋设备平台，搭载检测海洋环境的传感器、气象监测设备等，因此需要通信定位系统来实现相关图像检测信息的反馈与传输。鱼类驯化设备使用锚绳索进行固定，同时需要考虑到一旦锚绳索断裂后设备被冲走后仍然可以找回，就需要在驯化设备上安装定位系统，以便随时跟踪驯化设备的行踪，使用GPS对驯化设备进行定位，借助3G网络将相关定位信息回传，实时反馈驯化设备的定位信息和图像信息。

海洋牧场鱼类驯化技术研究及效益分析（编号：201502A228）

河北农业大学海洋学院）