CN103461232A - 一种测试鱼类环境偏好行为的试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测试鱼类环境偏好行为的试验装置及试验方法。该装置在水槽的两端分别装有带流量调节的进水管和出水管，进水管的一端与承压水箱相连通，进水管在水槽的连通口处装有整流网片，各进水管和出水管之间装有上导流隔板构成导流槽，进水管和出水管前端均装有隔离网，承压水箱与变频水泵和变频调节器相连接。所述方法按下列步骤进行：1、试验前的准备工作；2、试验装置的测试与校正；3、鱼类偏好行为试验；4、试验数据采集及偏好指数计算；5、装置的维护与清理。本发明依据实验区内布设环境因子的不同，可以实现流速、河床质、光照等多种环境因子的偏好性行为研究。

Description

一种测试鱼类环境偏好行为的试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及到鱼类行为学领域，特别涉及到一种测试鱼类环境偏好行为的试验装置及试验方法。

背景技术

鱼类行为学是研究鱼类对环境和其他生物的互动等问题的学科，对鱼类资源保护、渔业养殖生产等均具有重要的指导意义。鱼类偏好行为是衡量鱼类对环境因子的不同阈值的选择和喜好性程度的有效指标，是开展鱼类自然栖息地保护、过鱼设施设计等研究中的重要内容。水流、河床质、光照等环境因子是鱼类行为偏好研究中的常规内容。鱼类偏好性行为研究是基于鱼在各种不同环境因子中的分布频率而获得的。因此，实验中如何有效消除其它环境因子对实验目标因子的干扰是偏好行为研究成败的关键。

在水流偏好行为研究方面，现有的研究方法一般是在一个循环水道或有流速梯度的水道内开展研究，依据实验鱼在水道中的分布位置的频率了解鱼类对流速的选择和喜欢性。因此，形成横向流速均匀、纵向流速存在差异的流速梯度分布模式，因此实验过程中鱼类在流速梯度纵向选择，很难避免鱼类因克流本能而产生的行为干扰，导致实验结果说服力不强。而且现有的流速梯度范围、流速控制方面存在明显不足。

河床质和光照偏好行为研究中一般采用静水实验方法，或者在流速选择类似环道中进行。采用静水实验方法，由于缺乏游泳行为诱导,鱼类很可能停留在一处原地不动或者虽然游动,但游动没有超出环境因子的边界，从而没法真实反映偏好行为，造成实验误差或结论错误。采用环道中实验，也存在流速偏好实验研究中同样的问题。

     而且，现有的研究中，流速、河床质及光照等实验采用不同的实验装置，处于不同的实验条件，很难避免研究因子以外其它环境因子的干扰，而且导致数据结果不一致，不利于开展对比研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测试鱼类环境偏好行为的试验装置及试验方法。其目的一为：该装置可以实现流速、河床质、光照等多种环境因子的鱼类偏好行为的研究；目的二为：消除鱼类因克服水流及非定向游动对偏好性行为研究结果产生的影响；目的三为：实现较大流速梯度范围和布局的自由调控。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种测试鱼类环境偏好行为的试验装置，包括水槽、进水管、上导流隔板、整流网片、隔离网、承压水箱、进水管调节阀、出水管、变频水泵、变频调节器、出水管调节阀、下导流隔板，该装置在水槽的一端装有进水管，进水管上装有进水管调节阀，进水管的一端与承压水箱相连通，另一端与水槽相连通，进水管在水槽的连通口处装有整流网片，各进水管之间装有上导流隔板构成导流槽，在整流网片的前部装有隔离网，水槽的另一端装有出水管，出水管上装有出水管调节阀，各出水管之间装有下导流隔板构成与进水管端相对应的导流槽，出水管与水槽的连通口前部装有隔离网，两个隔离网之间的区域形成实验区，承压水箱与变频水泵相连通，变频水泵用导线与变频调节器相连接。

一种测试鱼类环境偏好行为的试验方法，其特征在于：所述方法按下列步骤进行：

1、试验前的准备工作：搭建好测试鱼类环境偏好行为的试验装置，将水槽中注满水，通过进水管调节阀和出水管调节阀调节进水管的进水量和出水管的排水量，在水槽中的实验区中营造不同的水流分布；

2、试验装置的测试与校正：通过变频调节器调节变频水泵的转速与水压，使承压水箱中的水压能调节和控制，再通过进水管和出水管上的进水管调节阀和出水管调节阀的开合大小，对实验区的流速大小和分布进行控制，待调节稳定后，使用流速仪对实验区内的水流大小和分布情况进行测试和校正，获得水流布局图；

3、鱼类偏好行为试验：

（1）鱼类水流偏好行为试验：通过对进水管上的进水管调节阀的调节，营造出在实验区内形成横向流速梯度，根据鱼类在流速区的分布频率，获得鱼类水流偏好行为特征；

（2）非水流偏好行为试验：根据需要通过在实验区内铺设河床质、布设灯光方式，使实验区内形成不同的环境特征，河床质及光照等环境因子同样布设成横向变化梯度，同时调节进水管调节阀和出水管调节阀，使进水量和排水量一致，从而使实验区内形成横向均匀流速，营造水流流速的大小以能诱发鱼类定向游动为准，使鱼类对整个实验区进行有效探索；

所有偏好行为试验采用单尾鱼试验和多尾鱼试验，每种行为偏好试验测试周期为24小时,试验时用红外视频摄像装置，对实验进行观测和记录；

4、试验数据采集及偏好指数计算：

试验过程中，测量和记录下试验区域中不同环境因子的局部特征参数，水流分布特征参数用点式流速鱼断面测试获得，河床质粒径和布局参数用游标卡尺进行获取，光照强度采用光照计测量获取，在建立环境因子分布特征基础上，观测记录鱼类在各环境特征下的分布时间，及试验观测周期，用下列公式计算出鱼类对环境因子的偏好指数：

其中Pi是指鱼类对某环境因子某中阀值i下的行为偏好系数， S为实验区总面积，S_i为环境因子分布面积，ti是指实验鱼在该环境因子下分布的时间；

5、装置的维护与清理：试验结束后，将试验装置及配套系统进行拆卸、清洗和维护，然后分类存放。

本发明的积极效果为：

1、该装置依据实验区内布设环境因子的不同，可以实现流速、河床质、光照等多种环境因子的偏好性行为研究；

2、该实验方法是在横向设置流速梯度，可消除纵向设置流速梯度带来的鱼类因克流及非定向游动对偏好性行为研究结果影响；

3、该测试装置可以方便得实现较大的流速梯度范围和布局的自由调控；

4、由于各种环境因子实验都可以再同一装置内实施，可以保证研究环境的一致性，消除行为偏好研究中其它环境因子的干扰，有利于实验数据对比和重复；

5、采用红外视频记录鱼类行为，可以实现夜间行为观测。

附图说明

图1、测试鱼类环境偏好行为的试验装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例一

以达氏鲟为测试实验鱼，进行水流流速偏好行为试验。

1、试验前的准备工作：按附图1搭建好测试鱼类环境偏好行为的试验装置，将水槽1中注满水，通过水管调节阀7和出水管调节阀11调节进水管2的进水量和出水管8的排水量，用上导流隔板3在水槽1中形成对应的导流槽，承压水箱6由变频水泵9供水，并形成稳定的压力，当承压水箱6中的水压需要调节时，通过变频调节器10调节变频水泵9的转速与水压，使承压水箱6中的水压能调节和控制，结合进水管2和出水管8上的进水管调节阀7和出水管调节阀11的开合大小，使实验区13中的流速大小和分布得以控制，最后再试验装置上方分布设好红外视频控制系统；

2、试验装置的测试及校正：启动电源按钮，通过变频控制器10调节变频水泵9为承压水箱6供水，利用进水管2上的进水管调节阀7和整流网片4对由隔离网5形成的实验区13中的流速大小进行调节。在流速仪实测校正下，将水槽1左侧的由上导流隔板3形成的4个导流槽中的水流流速调节为0.1m/s，而右侧的4个导流槽中的水流流速调节为0.3m/s，经多次调节测试校正后，待流速稳定后，开始进行正式实验；

3、鱼类偏好行为试验：将1尾体长为15cm的达氏鲟放入实验区13中，待适应30分钟后，开始观测记录鱼的分布区域，为了辅助观察用红外视频录制鱼类行为，每小时记录5分钟，单尾鱼实验时间为24小时；

4、试验数据采集及偏好指数计算：通过视频录像回放，计算出达氏鲟在0.3m/s和0.1m/s两个流速梯度内的时间分别为80分钟和40分钟，利用公式：

计算出达氏鲟对0.3m/s流速的偏好系数为0.67，对0.1m/s流速的偏好系数为0.33。按上述步骤，重复观测5-10尾达氏鲟在24小时内的观测数据，通过统计分析，可以最终得出达氏鲟对0.3 m/s和0.1m/s流速的偏好数据，经过多次设置不同的流速梯度，来获取鱼类对不同流速的偏好程度；

5、装置的维护与清理：试验结束后，将试验装置及配套子系统进行拆卸、清洗和维护，然后分类存放。

实验以平均体长为15cm的达氏鲟为对象开展流速行为偏好研究，流速梯度设置0.3m/s和0.1m/s，均匀分布，每尾实验24小时，重复6尾，实验结果如下，最终得出该规格达氏鲟对0.3m/s和0.1m/s流速偏好系数分别为0.265和0.735.

实验鱼编号	0.3m/s 停留时间（min）	0.3m/s 偏好系数	0.1m/s 停留时间（min）	0.1m/s 偏好系数
					1	43.2	0.36	76.8	0.64
2	30	0.25	90	0.75
					3	48	0.4	72	0.6
4	22.8	0.19	97.2	0.81
					5	34.8	0.29	85.2	0.71
6	12	0.1	108	0.9
					Total	31.8	0.265	88.2	0.735

实施例二

以达氏鲟为测试实验鱼，进行河床质偏好行为试验。

1、试验前的准备工作：按附图1搭建好测试鱼类环境偏好行为的试验装置，用上导流隔板3和下导流隔板12，在进水管2和出水管8之间形成相对应的导流槽，将水槽1中注满水，通过进水管调节阀7和出水管调节阀11调节进水管2的进水量和出水管8的排水量，承压水箱6由变频水泵9供水，并形成稳定的压力，当承压水箱6中的水压需要调节时，通过变频调节器10调节变频水泵9的转速和水压，使承压水箱6中的水压能调节和控制，结合进水管调节阀7和出水管调节阀11的开合大小，以及整流网片4的作用，使实验区13中流速大小和分布得以控制，最后再试验装置上方布设好红外视频控制系统；

2、试验装置的测试及校正：将水槽1左侧的4个导流槽相对应的实验区13中的区域，铺设直径为2cm的鹅卵石，而右侧的4个导流槽相对应的实验区13中的区域，铺设直径为0.05cm的细沙，铺设高度两者为同一水平高度，在流速仪实测校正下，将整个实验区13中的流速调整为0.1m/s，经多次调整、测试校正后，待水流流速稳定后，开始进行正式试验；

 3、鱼类偏好行为试验：将1尾体长为10cm的达氏鲟放入实验区13中，待适应30分钟后，开始观测记录鱼的分布区域，为了辅助观察用红外视频录制鱼类行为，每小时记录5分钟，单尾鱼实验时间为24小时；

4、试验数据采集及偏好指数计算：通过视频录像回放，计算出达氏鲟在卵石和细沙两个河床质粒径梯度内的时间分别为30分钟和90分钟，利用公式：

计算出达氏鲟对小鹅卵石的偏好系数为0.25，对细沙的偏好系数为0.75，按上述步骤重复观测获得5-10尾达氏鲟24小时试验数据，进行统计分析，并通过公式计算获得最终的偏好数据，同时多次设置不同的河床质分布特征，来获取鱼类对不同河床质的偏好程度；

5、装置的维护与清理：试验结束后，将试验装置及配套子系统进行拆卸、清洗和维护，然后分类存放。

实验以平均体长为15cm的达氏鲟为对象开展河床质行为偏好研究，河床质铺设为两种规格，包括小卵石（卵石粒径范围2-5cm）和沙（粒径范围0.1-1cm）采用均匀分布，流速均控制为0.01m/s每尾实验24小时，重复5尾，实验结果如下，最终得出该规格达氏鲟对小卵石和沙的偏好系数分别为0.184和0.816.

实验鱼编号	小卵石停留时间（min）	小卵石偏好系数	沙中停留时间（min）	沙的偏好系数
					1	18	0.15	102	0.85
2	30	0.25	90	0.75
					3	12	0.1	108	0.9
4	21.6	0.18	98.4	0.82
					5	28.8	0.24	91.2	0.76
Total	22.08	0.184	97.92	0.816

实施例三

以达氏鲟为测试实验鱼，进行光亮度偏好行为试验。

1、试验前的准备工作：按附图1搭建好测试鱼类环境偏好行为的试验装置，用上导流隔板3和下导流隔板12，在进水管2和出水管8之间形成相对应的导流槽，将水槽1中注满水，通过进水管调节阀7和出水管调节阀11调节进水管2的进水量和出水管8的排水量，承压水箱6由变频水泵9供水，并形成稳定的压力，当承压水箱6中的水压需要调节时，通过变频调节器10调节变频水泵9的转速和水压，使承压水箱6中的水压能调节和控制，结合进水管调节阀7和出水管调节阀11的开合大小，以及整流网片4的作用，使实验区13中流速大小和分布得以控制，最后再试验装置上方布设好红外视频控制系统；

2、试验装置的测试及校正：从水槽1左侧开始每2个导流槽后面的实验区域，通过用遮光布遮住20w的白炽灯，在照度计的测量及校正下，从左至右形成光照度为0.4、40、80、120 lux递变的照度范围，在流速仪实测校正下，将整个实验区13中的流速调整为0.1m/s，经多次调整、测试校正后，待水流流速稳定后，开始进行正式试验；

 3、鱼类偏好行为试验：将1尾体长为10cm的达氏鲟放入实验区13中，待适应30分钟后，开始观测记录鱼的分布区域，为了辅助观察用红外视频录制鱼类行为，每小时记录5分钟，单尾鱼实验时间为24小时；

4、试验数据采集及偏好指数计算：通过视频录像回放，计算出达氏鲟在0.1、40、80、120 lux四个平均光照强度内分布的时间分别为60分钟、40分钟、20分钟和0分钟，利用公式：

计算出达氏鲟对对四个光照强度的偏好系数分别为0.5、0.33、0.01和0。按照上述步骤重复观测获得5-10尾达氏鲟24小时试验数据，进行统计分析，并通过计算机获得最终的偏好系数，同时，经过多次设置不同的光照度分布特征，来获取鱼类对不同光照度的偏好程度；

5、装置的维护与清理：试验结束后，将试验装置及配套子系统进行拆卸、清洗和维护，然后分类存放。

实验以平均体长为15cm的达氏鲟为对象开展幼鱼对光照强度的行为偏好研究，光照强度均值为0.1、40、80、120 lux四个梯度，采用均匀分布，流速均控制为0.01m/s每尾实验24h，重复7尾，实验结果如下，最终得出该规格达氏鲟对0.1、40、80、120 lux的偏好系数分别为0.098、0.424、0.336和0.142.

实验鱼编号	0.1lux停留时间（min）	0.1lux偏好系数	40lux停留时间（min）	40 lux的偏好系数	80 lux停留时间（min）	80lux偏好系数	120 lux中停留时间（min）	120lux的偏好系数
									1	3.6	0.03	66	0.55	28.8	0.24	21.6	0.18
2	16.8	0.14	50.4	0.42	43.2	0.36	9.6	0.08
									3	3.6	0.03	57.6	0.48	46.8	0.39	12	0.1
4	8.4	0.07	43.2	0.36	50.4	0.42	18	0.15
									5	26.4	0.22	37.2	0.31	32.4	0.27	24	0.2
Total	11.76	0.098	50.88	0.424	40.32	0.336	17.04	0.142

以上所述仅是本发明的非限定实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思和不作出创造性劳动的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种测试鱼类环境偏好行为的试验装置，包括水槽（1）、进水管（2）、上导流隔板（3）、整流网片（4）、隔离网（5）、承压水箱（6）、进水管调节阀（7）、出水管（8）、变频水泵（9）、变频调节器（10）、出水管调节阀（11）、下导流隔板（12），其特征在于：水槽（1）的一端装有进水管（2），进水管（2）上装有进水管调节阀（7），进水管（2）的一端与承压水箱（6）相连通，另一端与水槽（1）相连通，进水管（2）在水槽（1）的连通口处装有整流网片（4），各进水管（2）之间装有上导流隔板（3）构成导流槽，在整流网片（4）的前部装有隔离网（5），水槽（1）的另一端装有出水管（8），出水管（8）上装有出水管调节阀（11），各出水管（8）之间装有下导流隔板（12）构成与进水管（2）端相对应的导流槽，出水管（8）与水槽（1）的连通口前部装有隔离网（5），两个隔离网之间的区域形成实验区（13），承压水箱（6）与变频水泵（9）相连通，变频水泵（9）用导线与变频调节器（10）相连接。

2.一种测试鱼类环境偏好行为的试验方法，其特征在于：所述方法按下列步骤进行：

（1）、试验前的准备工作：搭建好测试鱼类环境偏好行为的试验装置，将水槽（1）中注满水，通过进水管调节阀（7）和出水管调节阀（11）调节进水管（2）的进水量和出水管（8）的排水量，在水槽（1）中的实验区（13）中营造不同的水流分布；

（2）、试验装置的测试与校正：通过变频调节器（10）调节变频水泵（9）的转速与水压，使承压水箱（6）中的水压能调节和控制，再通过进水管（2）和出水管（8）上的进水管调节阀（7）和出水管调节阀（11）的开合大小，对实验区（13）的流速大小和分布进行控制，待调节稳定后，使用流速仪对实验区（13）内的水流大小和分布情况进行测试和校正，获得水流布局图；

（3）、鱼类偏好行为试验：

①鱼类水流偏好行为试验：通过对进水管（2）上的进水管调节阀（7）的调节，营造出在实验区（13）内形成横向流速梯度，根据鱼类在流速区的分布频率，获得鱼类水流偏好行为特征；

②非水流偏好行为试验：根据需要通过在实验区（13）内铺设河床质、布设灯光方式，使实验区（13）内形成不同的环境特征，河床质及光照等环境因子同样布设成横向变化梯度，同时调节进水管调节阀（7）和出水管调节阀（11），使进水量和排水量一致，从而使实验区（13）内形成横向均匀流速，营造水流流速的大小以能诱发鱼类定向游动为准，使鱼类对整个实验区（13）进行有效探索；

所有偏好行为试验采用单尾鱼试验和多尾鱼试验，每种行为偏好试验测试周期为24h,试验时使用红外视频摄像装置，对实验进行观测和记录；

（4）、试验数据采集及偏好指数计算：

试验过程中，测量和记录下试验区域中不同环境因子的局部特征参数，在建立环境因子分布特征基础上，观测记录鱼类在各环境特征下的分布时间，及试验观测周期，用下列公式计算出鱼类对环境因子的偏好指数：

其中Pi是指鱼类对某环境因子某中阀值i下的行为偏好系数， S为实验区总面积，S_i为环境因子分布面积，ti是指实验鱼在该环境因子下分布的时间；

（5）、装置的维护与清理：试验结束后，将试验装置及配套系统进行拆卸、清洗和维护，然后分类存放。

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