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海洋牧场鱼类驯化技术研究及装备设计

张磊  
【摘要】:为实现近海渔业资源的可持续发展,海洋牧场的建设正在全国大范围开展,鱼类行为控制技术作为海洋牧场运行的四大关键技术之一,是确保海洋牧场得以高效运作的重要支撑。当前海洋牧场鱼类驯化以人工操作为主,以鱼类行为学为基础,提出了一种新的鱼类驯化技术,这种技术根据鱼类对声、光等刺激因素的趋性反应,配合诱食性饵料的适量投入,来实现海洋牧场中鱼类行为的控制。同时,根据该技术,开发了一种鱼类驯化装备,在声、光及投饵系统之间实现逻辑控制,并设计相应的投饵、能源供应和视频监控系统等,形成一种定时定点的无人值守式鱼类自动驯化系统,从而实现海洋牧场内科学的鱼类驯化,推动海洋牧场的建设和发展。利用该驯化装备鱼类行为控制功能,也能够对放流的鱼类苗种进行有效管理,为今后我国开发海洋牧场等资源管理型渔业提供可靠的借鉴,对未来海洋渔业的发展具有重要意义。 本论文的主要研究内容和取得的成果如下: (1)以黑鲷为驯化研究对象,开展黑鲷对声音、光的反应试验,验证其趋性行为特征。试验采用350H z单频音作为刺激因子,结合带有腥味信息素的饵料投喂,对300尾黑鲷建立条件反射,经过10天共计40次的驯化,就完成了100%的诱集效果,验证了声音驯化的可行性。同时,通过观察和对比红、黄、蓝、绿四种颜色的光源对经过驯化的黑鲷鱼群在摄食过程中的影响,排除了红光和黄光作为驯化光源,再经过理论分析和对环境因素的考虑,最终确定绿色光源作为黑鲷辅助驯化的光源。 (2)阐述了鱼类驯化装备样机的功能并提出了结构设计方案,进一步对浮体结构和供饵系统进行设计、校核、加工与调试。鱼类驯化装备的功能设计主要包括浮体、饵料供给系统、诱导信号系统、控制系统、能源供应系统、定位通讯系统以及环境监控系统等。浮体的设计以海洋浮标为母型,通过方案对比进行样机的设计与选型,并对浮体的重心、浮心等相关参数进行了理论校核。供饵系统同样采用方案对比的方法,确定料仓与饵料输送机构的设计方案,并对相关的主要参数进行了计算与校核。根据设计方案,对结构部分进行了全程跟踪式的加工、焊接和组装。 (3)对诱导控制系统进行了设计,包括诱导信号系统和逻辑控制系统。诱导信号系统是整个驯化装备的工作核心,主要包括放音系统和灯光辅助系统,采用频率350Hz的单频音和波长500nm的绿色LED灯为鱼群提供正趋性刺激因素。逻辑控制系统是实现诱导信号系统与供饵系统之间逻辑控制的重要技术支撑,该系统的优化设计主要包括MCU主控模块、音频播放控制模块、LED灯控制模块、电机控制模块、供电控制模块、LCD显示模块和按键操作模块。 (4)对能源供应系统与其它辅助系统进行设计与试验。为避免从岸边搭载电缆供电易造成的安全隐患,能源供应系统主要包括蓄电池的选型和可再生发电系统的设计与计算,最终确定采用4块15W的太阳能板与铅酸蓄电池结合的方式作为能源供应系统的设计方案。辅助系统的设计主要包括防沉系统、水下监控系统和通讯定位系统等。防沉系统采用填充式的设计方案,能够极大地提高装备的安全系数,水下监控系统采用自主研制的密封箱体结合云台式摄像机的设计方案,通讯定位系统采用GPS和3G网络实现定位与图像等信息回传。 (5)为验证鱼类驯化装备的可行性和驯化效果,以8000尾黑鲷鱼苗为研究对象在象山港海洋牧场内的大型网箱(20m×1m×3.5m)中利用鱼类驯化装备进行驯化试验,通过水下监控系统观察记录驯化过程和驯化效果。经过30天的驯化试验后,网箱中黑鲷的诱集率能够达到95%。试验结果表明,本课题自主研发的鱼类驯化装备各系统工作稳定,对黑鲷的驯化养殖具有可行性和高效性,能够为其它鱼种的驯化提供试验参考和理论依据,能够为海洋牧场鱼类自动驯化养殖提供有效的装备支撑。


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