海洋牧場生產中相關馴化技術的應用

◎ 閆錚 王小瑞

海洋牧場生產中相關馴化技術的應用

◎ 閆錚 王小瑞

海洋牧場作為一種近海漁業可持續發展的重要模式，近年來得到了重視、應用和推廣。海洋牧場以馴化和養殖海洋魚類作為基本生產方式，魚類馴化技術得到了廣泛使用和研究，本文在探討了國內外魚類馴化相關技術的研究與應用現狀的基礎上，以黑鯛為例，研究了海洋牧場中魚類馴化相關技術的應用，主要從聲響馴化和燈光馴化為主，對馴化試驗的設計、結果、結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備的結構設計，分別就浮體、餌料供應系統、控制系統、防沉系統、水下監控系統和定位通信系統進行了研究。

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

國內外魚類馴化相關技術的研究與應用現狀

目前國內外魚類馴化相關技術的研究和應用側重點有所不同，日本、歐美國家比較側重于利用聲音技術實現對魚類的馴化，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；國內在魚類馴化技術上側重于餌料誘食，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。

國外魚類馴化相關技術的研究與應用現狀。歐美、日本等是研究魚類馴化技術最早的國家，其在音響馴化方面取得了比較顯著的成果，并且目前已經得到了實踐應用，收到了很好的經濟效益。歐美等國家的魚類音響馴化技術在深海網箱養殖中應用比較普遍，使用音響馴化技術獎逃逸的魚群重新召回到網箱之中，日本開發建設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。

國內魚類馴化相關技術的研究與應用現狀。我國對魚類行為學和馴化方面的研究相對歐美、日本來說比較晚，近年來經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，為我國海洋漁業的發展做出了較大貢獻。在音響馴化技術方面國內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技術的應用——以黑鯛為例

黑鯛生物學特性。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，結束后繼續播放60秒聲音，完成一個馴化周期。

試驗結果顯示：初期黑鯛對350赫茲的聲音呈現負向趨聲性，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，投餌料結束后繼續播放聲音，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殖黑鯛提供了技術上的可行性，結果表明通過350赫茲的聲音同時配合餌料的投喂，就可以在短期內實現對黑鯛的穩定的條件反射，從而實現漁業馴化效果，為海洋牧場漁業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尾經過聲音馴化的黑鯛，在400～650nm的光譜感受范圍內選取藍、紅、黃、綠四種顏色的光源作為試驗用燈光。在一個4×7×1.5立方米的水槽內放置一個2×2×0.75立方米的網箱。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同時每天進行4次聲音馴化，并在當天晚上8點開始進行燈光馴化試驗，測得光照強度，根據光照強度的不同將黑鯛魚群的活動區域范圍劃分為3個區域，并對各區域就聚集的黑鯛數量進行統計分析。

實驗結果顯示：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域進行攝食，大部分聚集在光照強度中等或較弱的區域游弋，而在藍色燈光和綠色燈光的照射下不同光照強度的區域黑鯛呈現比較均勻分布的態勢。

結論：燈光馴化結果顯示，紅色燈光和黃色燈光與黑鯛的生活習性并不適合，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域在430～560nm之間，其生活環境的顏色基調主要為綠色或藍綠色，因此為了最大程度上降低海洋環境對試驗的影響，可以考慮提高或增強燈光與海洋環境的對比程度，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備的功能與結構設計

近年來隨著海洋生態環境的修復需要，在近海海域投放了大量魚種。基于上述聲響、燈光魚類馴化試驗的結果，將黑鯛馴化的聲響頻率設定為350赫茲的單頻音，光源設定為500nm的綠色LED燈，馴化設備中的相關誘導信號均參照上述指標和設定進行設計，同時考慮到海洋牧場的實際生產環境，綜合使用聲響、燈光、餌料等來實現對魚類的馴化，同時使設備的運作完全處于自動化環境中進行無人值守的運行，使用水下視頻監控和無線通信技術對馴化設備進行監控和通信。

海洋牧場魚類馴化設備的功能

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

海洋牧場魚類馴化設備的結構設計

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

餌料供應系統的設計。餌料供應系統主要包括二了倉和餌料輸送機構，餌料倉儲存和供給餌料，餌料倉設計時需要確保餌料供應的流暢，避免結拱，考慮到浮體的結構和空間，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，餌料倉的設計與容積要經過精確的計算，餌料倉的加工選材采用不銹鋼和鋁合金的材質，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，在設計餌料輸送機時需要重點考慮的參數包括輸送量、轉速、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上進行螺旋輸送機構的加工，選材上使用304不銹鋼。

控制系統的設計。海洋牧場中魚類的馴化時間和次數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進行邏輯控制，定時開啟馴化設備，實現信號誘導系統和餌料供給系統之間的邏輯控制，經過市場比較和選擇最終采用KG316微型芯片時控開關和JSPD-144可編程多路定時器。

根據黑鯛的馴化設計，通過微型芯片時控開關（KG316）實現對JSPD-144的電源輸入進行控制，從而實現對定時器工作時間的控制。攝像系統首先進入工作狀態，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，定時器工作1分鐘后信號誘導系統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開始向魚群喂餌。通過設定馴化設備可以按照系統控制自動地完成無人守值情況下的魚類馴化工作。另外可以根據實踐需要或經驗來對該系統進行持續不斷地優化升級。

防沉系統的設計。防沉系統是為了提高馴化設備的安全性，在馴化設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有兩種類型，一是艙體式防沉系統，二是填充式防沉系統，這兩種類型都有其優缺點，經過各種因素的綜合考慮，選擇填充式防沉系統作為魚類馴化設備的防沉系統。防沉系統的加工和測試是防沉系統設計中的兩個重要環節，要嚴格按照防沉系統的加工工序進行加工制作。

水下監控系統的設計。水下監控系統包括網絡攝像機、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，網絡攝像機可以實現左右350度、上下90度旋轉，從而可以大范圍、立體化地對周圍環境進行監控。水下攝像系統可以在局域網和3G等兩種不同的網絡環境中進行工作，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，從而滿足了不同環境和要求下的攝像監控。

通信定位系統的設計。海洋牧場魚類馴化設備不僅可以用來實現魚類的馴化，而且還可以作為一個航洋設備平臺，搭載檢測海洋環境的傳感器、氣象監測設備等，因此需要通信定位系統來實現相關圖像檢測信息的反饋與傳輸。魚類馴化設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備被沖走后仍然可以找回，就需要在馴化設備上安裝定位系統，以便隨時跟蹤馴化設備的行蹤，使用GPS對馴化設備進行定位，借助3G網絡將相關定位信息回傳，實時反饋馴化設備的定位信息和圖像信息。

海洋牧場魚類馴化技術研究及效益分析（編號：201502A228）

河北農業大學海洋學院）