CN104969898B - 一种用于研究光影响鱼类行为的实验装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于研究光影响鱼类行为的实验装置及其应用，所述实验装置包括水槽、双层套筒、透明防水玻璃钢灯罩、LED灯管组、电机、电路控制系统和摄像机。本发明通过设置双层套筒结构的PVC圆筒，可以当鱼类在实验水槽中自由游动时实施实验，通过PVC圆筒上的透光圆孔实验鱼类可自由出入圆筒内外，为实验鱼类提供了理想的栖息环境，从而能够较真实的模拟自然海域和工厂化养殖设施条件下鱼类对光波长、照度的自由选择，避免了结构和操作不合理等对鱼类行为的不良影响所造成的数据偏差，本发明能够更好地完成研究光对鱼类行为的影响的多种实验，所以本发明能够满足研究光对鱼类行为的影响的多种实验目的和要求。
Description
技术领域
本发明属于水产动物生物学研究领域，具体涉及一种用于研究光影响鱼类行为的实验装置及其应用。
背景技术
鱼类行为是指鱼类进行的各种运动，是鱼类对环境变化的外在反应，主要包括游泳、摄食、生殖、呼吸等行为；此外，避敌、攻击、求偶时改变体色等非运动形式也列入行为范畴。研究鱼类行为的目的是观察和记录鱼类的行为， 从而阐明鱼类怎样行动以及为什么会那样行动；同时也是为了丰富动物行为学鱼类生理学和鱼类生态学等学科内容， 为渔业生产和环境保护提供重要的理论依据。鱼类行为受到多种生物和非生物因素的影响，其中光照是影响鱼类行为的一个重要环境因素，光照直接或间接地影响着鱼类的摄食、生长、繁殖等生理活动。研究结果表明视觉是大多数鱼类重要的感觉功能，对其视觉的刺激是影响鱼类行为的重要因素，经过长期的生物进化和适应，每种鱼类都具有适宜生活的光照强度和光照颜色，并且鱼类在不同光照强度和光照颜色下也会表现出的不同反应及行为特征，比如有的鱼惧怕光，在白天常躲在避光的地方，这种行为叫做惧光行为，研究发现高强度光照会使瓦氏黄颡鱼的游动增加，寻求藏匿处，该结果表明瓦氏黄颡鱼适合在低光照强度下养殖，增加了瓦氏黄颡鱼幼鱼的成活几率，成功将鱼类行为学应用于养殖技术领域；有的鱼对光表现出趋性，鱼类的趋光性是指鱼类对光刺激产生定向运动的特性，趋光性有两种：朝向光源的定向叫正趋光性，远离光源的定向运动叫负趋光性，人们习惯上所说的趋光性是指正趋光性，但并不是所有的鱼类都会趋光而不同的鱼类的趋光性也是不相同的，有的趋强光，有的趋弱光，甚至同一种鱼在不同的光照下的趋光率会有所不同，例如孔雀鱼幼鱼在光源照度增加的时候趋光率会明显上升，但是当光照强度达到2000lx 后，趋光率开始减小。同一种鱼在不同的发育时期也会有不同的趋光特性，例如随着鳜的生长发育，对光照强度的趋光性会由强光区转移至弱光区。负趋光性鱼类一般在0.1-0.01Lx照度时才活动，随光强度增强而活动减少。另外，不同的种类的鱼对光照颜色的选择也存在差异性，例如学者通过对石鲷、鳗鲡等十二种鱼对光照颜色的趋性研究发现，石鲷偏好选择蓝色和绿色光源，而鳗鲡则偏好选择红色光源，孔雀鱼幼苗对短波长的蓝、绿光趋向性最强，相应的照度范围为1500～2000Lux，而对长波长的红、黄光表现出避光性。饲料颜色对比度和光强度对网箱中养殖的鲑鱼摄食行为也会产生影响，研究发现鲑鱼喜欢在光线暗的地方摄食，喂银色饵料的饵料浪费率要小于普通褐色饵料，饵料浪费率随环境光强的增加而减少。
随着现代科学技术的迅速发展，研究光如何影响鱼类行为的数据和资料开始直接应用于渔业捕捞和养殖生产，光诱捕鱼就是利用鱼类对人工光线产生趋向性的反应行动的这种特性，采用人工光线(如柴火光、石油灯光、电光、化学光等)将分散的鱼诱集到预定的区域，然后用渔具(包括鱼泵等吸鱼工具)加以捕捞的一种生产形式。在鱼类工厂化养殖中利用鱼类趋光性特点能够实现定时定量投饵，也可以利用其避光性的特点对其进行驱赶，以提高清洁、分箱或捕捞等操作的效率。
通常情况下鱼类行为学的大部分研究是在实验室条件下进行，但是由于实验室条件无法完全模拟自然环境，而自然条件是条件反射行为的前提，因此其研究结果具有一定局限性，为满足科学研究的需要，更好的了解光照强度和光色的变化对鱼类行为的影响，亟需在鱼类行为的研究中营造更加符合鱼类生理特点和生存环境的实验条件，实现较真实的模拟自然海域和工厂化养殖设施条件下鱼类对光波长、照度的自由选择的目的，从而解决现有装置尺寸过小、结构过于简单、设计不符合鱼类生理行为特征等缺点，避免结构和操作不合理等对鱼类行为的不良影响所造成的数据偏差，达到准确记录鱼类行为的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供了一种用于研究光影响鱼类行为的实验装置及其应用，利用本发明的技术方案，解决了现有技术中装置尺寸过小、结构过于简单、设计不符合鱼类生理行为特征等问题。
为实现上述发明目的，本发明按如下技术方案实现：
一种用于研究光影响鱼类行为的实验装置，它包括水槽、设于水槽中的双层套筒、带有透明防水灯罩的LED灯管组、电路控制系统和摄像机；所述双层套筒包括固定不动的外层圆筒和可转动的内层圆筒，所述内层圆筒由设于其顶端的电机带动，所述内层圆筒和外层圆筒上均设有透光圆孔；所述LED灯管组设于双层套筒内，所述电路控制系统包括与LED灯管组连通的光源控制系统和与电机连通的动力控制系统。
对上述技术方案的进一步改进：所述LED灯管组由1-20支单色LED灯管所组成，所述单色LED灯管的波长范围为：250nm-780nm。
对上述技术方案的进一步改进：所述的双层套筒由不透光的PVC材料制成。
对上述技术方案的进一步改进：所述的摄像机安装于水槽内壁上方和透明防水灯罩外壁上方。
对上述技术方案的进一步改进：所述双层套筒的数量为1-6个，所述透光圆孔的数量为3-60个。
对上述技术方案的进一步改进：所述光源控制系统内的电路控制模块以内置E2PROM的AT89C52单片机为核心组成主控单元，配以受控调压模块和压控PWM恒流控制器来驱动所述LED灯管组。
对上述技术方案的进一步改进：所述水槽为玻璃钢水槽。
对上述技术方案的进一步改进：所述玻璃钢水槽形状为圆柱形，其直径范围为1-2m，高度范围为1-2m。
本发明还提供了所述的实验装置在用于研究光影响鱼类行为中的应用。
对上述技术方案的进一步改进：所述的光照强度范围为10-12000lx。
本发明与现有技术对比具有的有益效果：
1、本发明提供的研究光如何影响鱼类行为的实验装置，解决了现有装置尺寸过小、结构过于简单、设计不符合鱼类生理行为特征等缺点，通过设置双层套筒结构的PVC圆筒，可以当鱼类在实验水槽中自由游动时实施实验，通过PVC圆筒上的透光圆孔实验鱼类可自由出入圆筒内外，为实验鱼类提供了理想的栖息环境，从而能够较真实的模拟自然海域和工厂化养殖设施条件下鱼类对光波长、照度的自由选择，避免了结构和操作不合理等对鱼类行为的不良影响所造成的数据偏差，本发明所记录的鱼类行为特征更能够准确反映光对鱼类行为的影响，。
2、本发明提供的研究光如何影响鱼类行为的实验水槽不仅可以一次对同一光色的多个光照强度或同一光照强度下的多种光色进行研究，而且可以依次通过电路控制系统开启或关闭PVC圆筒的旋转并调节光照强度及光照颜色的改变以达到在一个水槽中研究一种及以上光照强度和光照颜色的动态变化对鱼类行为影响的要求，因此本发明能够更好地完成研究光对鱼类行为的影响的多种实验，所以本发明能够满足研究光对鱼类行为的影响的多种实验目的和要求。
附图说明
图1是本发明所述实验装置的结构示意图；其中1-水槽；2-双层套筒的外层圆筒；3-双层套筒的内层圆筒；4-透光圆孔；5-透明防水玻璃钢灯罩；6-LED灯管组；7-电路控制系统；8-电机；9-摄像机；
图2是本发明所述光源控制系统的原理图；
图3是本发明中所述双层套筒结构的PVC圆筒外形示意图（透光）；
图4是本发明中所述双层套筒结构的PVC圆筒外形示意图（不透光）。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例详细叙述本发明的技术内容。
实施例1
如图1所示，本发明所述用于研究光影响鱼类行为的实验装置，其结构包括水槽1、双层套筒、透明防水玻璃钢灯罩5、LED灯管组6、电机8、电路控制系统7和摄像机9。
所述水槽1为圆柱形玻璃钢水槽，直径2米，高度1米，所述双层套筒为不透光PVC材料制成，双层套筒设于水槽内，双层套筒包括外层圆筒2和内层圆筒3，双层套筒的内外圆筒均有按一定规律排布的多个透光圆孔4。本实施例中PVC材质的双层套筒高度80厘米，内层圆筒直径75厘米，双层套筒的内层和外层均有8列透光圆孔，每列的透光圆孔的数量为4个，每层圆筒的圆孔数量为4×8=32个，圆孔直径为12厘米，外层圆筒为固定不可转动，内层圆筒由顶端的电机带动，电机及其传动装置固定在透明防水玻璃钢灯罩5组成的基座上。
所述的LED灯管组6外侧带有透明防水玻璃钢灯罩5，LED灯管组设于双层套筒内，LED灯管组6发出的光线可由双层套筒结构的PVC圆筒内外层重合的圆孔透出。所述的带有透明防水玻璃钢灯罩的LED灯管组的主要功能是发生能够影响鱼类摄食、游泳、集群等行为的特定照度和光谱的人工调控光照环境。实验水槽中的电路控制系统包括光源控制系统和动力控制系统，所述的光源控制系统能够控制透明防水玻璃钢灯罩内LED灯管组的开关和光照强度，所述动力控制系统能够控制PVC双层套筒中内层圆筒按照一定的角度旋转。
如图2所示，实验水槽中的电路控制系统中的光源控制系统可实现LED灯管组光照度和光照时间的自动控制，光源控制系统内的电路控制模块以内置E2PROM的AT89C52单片机为核心组成主控单元，配以受控调压模块和压控PWM恒流控制器驱动LED灯管组。E2PROM中预置发光功率、工作时间等参数，单片机对预置和扫描数据运算后，经数模转换输出控制信号，送至调压模块控制端，调压模块输出受控于控制端的交流电压，传送至LED灯管组，调压模块输出的交流信号，既向LED传送发光功率，同时又向PWM传送压控信号，LED灯管组的输入端是一压控PWM恒流驱动AC-DC变换器，为LED灯管组提供受控于输入电压高低的直流恒流源，实现调光功能。
所述摄像机9安装于玻璃钢水槽1内壁上方和透明防水玻璃钢灯罩外壁上方，负责拍摄鱼类在不同波长、不同照度光照下的游泳、栖息、摄食、交配等行为。本发明提供的实验装置，可根据实验鱼类的种类设置光照强度和光照颜色范围，如研究的石斑鱼等游泳性鱼类，可设置的光照强度范围为10-2000lx，光照颜色范围为250-750nm，继而可研究石斑鱼喜好或不喜好的光照强度范围和光照颜色，并对其在特定光照强度和光照颜色范围下的行为特征进行记录和分析研究，以便将石斑鱼的行为学研究结果和光照数据参数更好地应用于石斑鱼养殖和渔业捕捞等领域，从而提高生产效率和经济效益。
如图3所示，所述的双层套筒的内、外层圆筒上的透光圆孔可以根据实验鱼的身体尺寸选择合适的直径，内层圆筒由电机带动每次可旋转一定的角度，实验水槽中的电路控制系统中的动力控制系统可控制电机每次可旋转一定的角度，当内层圆筒旋转至透光角度时，内、外圆筒上的透光圆孔便重合，此时，PVC双层套筒内的LED灯发出的光可由重合的圆孔透出并且实验鱼类可自由出入圆筒内外。
如图4所示，所述的双层套筒的内层圆筒由电机带动，实验水槽中的电路控制系统中的动力控制系统可控制电机每次可旋转一定的角度，当内层圆筒旋转一定角度至不透光角度时，内、外圆筒上的透光圆孔便无法重合，PVC圆筒内的LED灯管组发出的光无法透出并且实验鱼类也无法自由出入。
实施例2
将本发明所述实验装置应用于研究红光影响体长为15cm的石斑鱼幼鱼行为的实验中，所使用的水槽1为圆柱形玻璃钢水槽，直径2米，高度1米，双层套筒结构的PVC圆筒为不透光PVC材料制成，双层套筒高度为80厘米，内层圆筒直径75厘米，双层套筒的内层和外层均有8列透光圆孔，每列的透光圆孔的数量为4个，每层套筒的圆孔数量为4×8=32个，圆孔直径为12厘米，外层圆筒为固定不可转动，内侧圆筒由顶端的电机带动，电机及其传动装置固定在透明防水玻璃钢灯罩组成的基座上。
行为学研究实验在养殖车间进行，实验水槽的进排水及充氧等设备由养殖车间提供。实验方案有两种：第一种实验开始前，先在圆柱形玻璃钢水槽中投放体长为15cm的石斑鱼幼鱼80-100尾，水深80cm，暂养1-2天，每天正常投喂3次，透明防水玻璃钢灯罩内的红光LED灯管组为关闭状态，双层套筒的透光圆孔也为关闭状态，石斑鱼幼鱼可自由地在双层套筒之外活动，摄像机记录幼鱼的行为活动视频；实验开始后开启电路控制系统启动电机带动双层套筒的内层套筒转动至透光圆孔为开启状态，同时打开LED灯管组发出红光，红光自透光圆孔内向外发射光线，石斑鱼幼鱼眼球感受到光线后，自由游动的活动受到明显影响而呈现出不规则的游泳动作并主动远离透光圆孔，经过一段时间的适应后，逐渐接近透光圆孔并有少量幼鱼个体进入到透光圆孔中，在这一段时间中摄像机记录下幼鱼的行为活动视频。
第二种实验开始前，先在圆柱形玻璃钢水槽中投放体长为15cm的石斑鱼幼鱼80-100尾，水深80cm，暂养1-2天，每天正常投喂3次，透明防水玻璃钢灯罩内的红光LED灯管组为关闭状态，双层套筒的透光圆孔为开启状态，石斑鱼幼鱼可自由地在双层套筒内外活动，摄像机记录幼鱼的行为活动视频；实验开始后开启LED灯管组发出红光，红光自透光圆孔内向外发射光线，石斑鱼幼鱼眼球感受到光线后，自由游动的活动受到明显影响而呈现出不规则的游泳动作并在透光圆孔内外穿梭游动，经过一段时间的适应后，游泳行为逐渐接近正常规律并多数幼鱼个体在透光圆孔中自由进出，在这一段时间中摄像机记录下幼鱼的行为活动视频。
第三种实验开始前，先在圆柱形玻璃钢水槽中投放体长为15cm的石斑鱼幼鱼80-100尾，水深80cm，暂养1-2天，每天正常投喂3次，透明防水玻璃钢灯罩内的红光LED灯管组为开启状态，双层套筒的透光圆孔为开启状态，石斑鱼幼鱼可自由地在双层套筒内外活动，摄像机记录幼鱼的行为活动视频；实验开始后开启电路控制系统关闭红光LED灯管组，透光圆孔中无红光发射，石斑鱼幼鱼眼球感受到红色光线消失后，自由游动的活动受到一定程度的影响而呈现出不规则的游泳动作，经过一段时间的适应后，逐渐正常，在这一段时间中摄像机记录下幼鱼的行为活动视频；随后再次开启红光LED灯管组，红光自透光圆孔中发射，石斑鱼幼鱼眼球感受到红色光线后，自由游动的活动受到一定程度的影响而呈现出不规则的游泳动作，经过一段时间的适应后，逐渐正常，在这一段时间中摄像机记录下幼鱼的行为活动视频。
通过对上述三种实验的视频记录结果进行分析，可以研究红光对石斑鱼幼鱼行为的影响，研究结果对于研究石斑鱼栖息环境中最适的光照条件具有良好的理论和实践参考价值。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (2)
1.一种实验装置在用于研究光影响鱼类行为中的应用，其特征在于：所述实验装置由水槽、设于水槽中的双层套筒、带有透明防水灯罩的LED灯管组、电路控制系统和摄像机组成；所述双层套筒包括固定不动的外层圆筒和可转动的内层圆筒，所述内层圆筒由设于其顶端的电机带动，所述内层圆筒和外层圆筒上均设有透光圆孔；所述LED灯管组设于双层套筒内，所述电路控制系统包括与LED灯管组连通的光源控制系统和与电机连通的动力控制系统；
所述LED灯管组由1-20支单色LED灯管所组成，所述单色LED灯管的波长范围为：250nm-780nm；
所述的双层套筒由不透光的PVC材料制成；
所述的摄像机安装于水槽内壁上方和透明防水灯罩外壁上方；
所述双层套筒的数量为1-6个，所述透光圆孔的数量为3-60个；
所述光源控制系统内的电路控制模块以内置E2PROM的AT89C52单片机为核心组成主控单元，配以受控调压模块和压控PWM恒流控制器来驱动所述LED灯管组；
所述水槽为玻璃钢水槽，所述玻璃钢水槽形状为圆柱形，其直径范围为1-2m，高度范围为1-2m。
2.根据权利要求1所述的实验装置在用于研究光影响鱼类行为中的应用，其特征在于：光照强度范围为10-12000lx。
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