水下生物遥测术

水生生物遥恻技术开辟了渔业研究新的途径 , 它能了解到早些不清楚的水生生物习性和生态方面的现象 , 可 以用 来研究鱼类的徊游途径、 在各种情况下定位的能力、分布范围与行动的稳定性、 对自然刺激和人为刺激的反应 、在障碍物区和渔具作业区内的行动等。

水下生物遥测技术水下生物遥测所使用的主要工具由遥测发送器和信号接收器两部分组成 。追踪研究动物对象的遥测发送器 由天线和信号形成发射器组成 , 接收器则进行信号 增益和在显示 器形成终端信号输出 。 运载工具可以是船只 , 在采用无线电生物遥测装置时也可使用飞机以至宇宙飞船 。

声学生物遥测在水下生物遥测中最适宜和最广泛采用的声电换能器是压电陶瓷制的薄壁环状换能器。生物遥测发送器的电源是生物遥测中最重要的部件,它占有大部分的容积。最广泛使用的是汞锌制电池、银锌制电池和锂制电池。近年来,锂制电池的单位功率最大,最有发展前途。接收器比普通接收器复杂,价格较贵,它可以同时测定目标的方位和距离,并能测算目标所在深度。跟踪体重0.5~3公斤鱼的声学发送器通常发出的信号,其声源级不超过50分贝/微巴/米。接收换能器输出端的有效电信号达到1微伏,就可以实现在显示器上清楚分辨。在实际工作中,采用指向性接收换能器,它保证接收输出端有良好的信噪比及较高的接收灵敏度,一般为30~40分贝/微巴/米。接收器可以确定两个或更多的儿个点的方向和位置。在特殊的条件下,如水电站附近、多石滩的激流中或草木丛生的水域,声学信号接收距离将显著缩短。在导电率低的水域应用水下生物遥测,无线电遥测技术具有优越性,但是在导电率高的海水或淡水中,遥测跟踪对象又位于较深水层时,声学遥测则具有明显的优点。此外,它还可以借助接收的方向性,测定出跟踪目标的位置1。

无线电生物遥测无 线电信号在 水中传播时衰减极快 。 发射基阵的水下无线电信号仅在直接靠近信号源时才能被接收。但是一当电磁波穿过水表层进入空气中时,则极小的电能也可在极远距离处被接收到。由于射入水和空气界面的电磁波折射系数极高,透过水表层的仅仅是射入信号与水表面成6°角范围内的电磁波束。水下生物无线电遥测技术中采用的无线电频率为30~180兆赫,应用宇宙仪器观察时,约为400兆赫。

水下生物无线电遥测所用的无线电发送器象声学发送器一样,也可以发送以编码形式载波各种信息(深度、水深等)的信号。美国研制成功的现代无线电遥测发送器(WAFDav-Tron)的电路原理图和技术特性如下：

接收和转换无线电信号一般采用手控或自控扫描的可携式多通路接收器。能不断眼踪多个单频率的发送器。信息处理采用电脑系统。

生物遥测方法生物遥测所获得的资料是令人满意的,不过在进行遥测跟踪时需将鱼捕起,这将对鱼的生理和以后的行动产生严重影响。因此,在操作方法上需特别注意。通常在安放发送器前将鱼麻醉,一般采用奎那啶、苯唑卡因等麻醉剂。如果标志时不加麻醉,则鱼恢复正常所需的时间较短。对鳕鱼和大麻哈鱼曾采用不麻醉方式进行发送器安放。

发送器安放的方式有许多种,按鱼种、鱼体大小和发送器的类型、尺寸而定。目前广泛采用的有外部固定法,将发送器紧紧地安装在鱼体背鳍区背部上。“驮物式”固定法是将发送器分成两部分:一部分为发送器,另一部分为电源电池,用氯丁二烯橡胶制的连接片相联,这两部分固定在鱼体两侧。这种固定法可使鱼的重心稳定。日本采用一根10厘米的绳子作成拖曳式发送器,例如在声学标志遥测金枪鱼时就采用了这种方法。在短时间跟踪时可采用夹具将发送器固定在跟踪对象的背部。此外还有胃内法,即将声学标志通过食道塞入胃中。这种方法应用亦很广泛,它简便、迅速,特别是适用于大型鱼类及凶猛鱼类。无论是无线电信号还是声信号在通过鱼体时,其衰减都很小。还有一种是外科植入法。这种方法近年来才开始采用,多用于长时期遥测跟踪。植入手术较简单,一般需3~5分钟。首先将鱼麻醉,然后在腹壁纵向切开长20~25毫米切口,将发送器塞入腹腔,腹腔内要放进抗生素,最后将切口缝合。切口能很快地愈合并恢复正行动。如采用的是无线电遥测则在采用植入法时需将发送器的天线梢外露在鱼体外1。

水下生物遥测技术的效果鱼类洄游规律的研究。研究鱼类的洄游时间、路线、速度、深度以及与环境因子间的关系。采用这种新技术所取得的数据将比传统的标志方法更准确和详细。曾对大麻哈鱼类,鲑、大鳞大麻哈鱼、红大麻哈鱼、细蛘大麻哈鱼、银大麻哈鱼等的产卵洄游路线和行动特点进行研究。曾用生物声学遥测技术查明了欧洲鳗鲡、大西洋鳕和美洲西鲱、条纹狼鲈等的润游规律。曾对梭鲈跟踪了153天,对河鲈跟踪了一年多,对狗鱼观察了547天。

水电工程对溯河性鱼类洄游影响的研究。现代世界的许多河流都建筑了发电站等水电工程,政变了河流的水文、水力和水生生物的状态,破坏了溯河性鱼类和半溯河性鱼类的洄游路线。因此,一个重要任务就是研究鱼道的有效利用,以便设计、模拟最适鱼道,而研究鱼类洄游经过鱼道时的情况又是最为重要的。当前适宜于研究鱼类在水利工程区洄游行动的方法就是采用生物遥测技术。

鱼类在渔具作用区内行动的研究。应用生物遥测技术研究鱼类在网具作用区内的行动,并用以估算鱼进网的可能,这对设计最佳网具结构极为重要。例如,用外部固定法声学标志跟琮鲽鱼,用声纳观测底拖网捕作业,所得资料表明鲽鱼在渔具作用区的行动及其游动均带有然性,实际上并没有防御反应能力。曾用声学标志对网网圈内的欧鳊( Abramis brama)和白斑狗鱼(Esoxlucius)的行动进行跟踪,它们企图从网圈中逃出,但并不触及网片。日间它们保持离网片1米的距离,夜间保持0.5米的距离。

利用声学标志鱼发现捕捞鱼群。经过放声学标志的集群性鱼类个体,在安放标志后放入水中仍有集群的习性。曾经对鲣( Katsuwonus pelani's)进行声学标志跟踪。鲣在安放声学标志后,仍集群于鲣鱼群中。跟腙词查船上装有被动式声纳,接收该标志鱼所发出的信号。跟琮船保持和标志鱼间的距离为1海里。跟琮遥测作用距离为2,300米。通过对标志鱼的跟踪来发现有捕捞价值的鲣鱼群,从丽提高了对鲣的侦察、捕捞效果1。

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王伟 - 副教授 - 上海交通大学