鲢鳙幼鱼临界游泳速度的比较研究

通过比较不同鱼类的游泳能力,为鱼道建设和鱼类行为学研究提供基础资料。在(20±1)℃水温下,使用丹麦Loligo System公司的鱼类行为视频跟踪系统,采用Brett流速递增法,以鲢(Hypophthalmichthys molitrix)和鳙(Aristichthys nobilis)为研究对象,体长作为划分依据,分别测定不同体长组鲢鳙临界游泳速度。结果表明:(1)鲢鳙绝对临界游泳速度随着体长的增加而增大,相对临界游泳速度随着体长的增大而减小,鲢体长与绝对临界游泳速度拟合方程为:Y1=0.10X21-0.11X1+55.86(R2=0.85),与相对临界游泳速度拟合方程为:y1=0.02x21-0.87x1+12.86(R2=0.94),鳙体长与绝对临界游泳速度拟合方程为:Y2=0.03X32-1.29X22+21.04X2-29.21(R2=0.85),与相对临界游泳速度拟合方程为:y2=0.02x22-0.87x2+14.81(R2=0.98);(2)相近体长组鲢(10.11±0.24)cm和鳙(10.78±1.34)cm临界游泳速度分别为(65.50±2.08)cm/s和(80.89±4.03)cm/s,可知鳙鲢,且差异性显著(P0.05);(16.90±0.55)cm鲢和(15.39±0.62)cm鳙的临界游泳速度为(83.92±3.03)cm/s和(91.62±3.54)cm/s,无显著性差异(P0.05);(3)通过比较鲢鳙临界游泳速度与突进游泳速度能力,发现鲢的突进游泳速度大于鳙,而临界游泳速度小于后者,可知鲢鳙有氧运动和无氧运动能力之间存在权衡作用,临界游泳速度与突进游泳速度不一定呈现正相关关系。鱼类能否顺利完成上溯需求取决于鱼道内水力条件和自身游泳能力。     

障碍物对鲢幼鱼游泳动力学的影响

为了解鱼在复杂水流环境中的运动行为,提升鱼道过鱼效果,实验通过在水槽中放置障碍物,分析不同来流速度(1,3和5 BL/s)(BL/s即体长每秒)下鲢幼鱼顶流静止和顶流前进时的游泳动力学表现,提取的游泳动力学指标有摆尾频率、摆尾幅度、对地游泳速度、游泳加速度和运动步长。结果发现,半流速度1 BL/s下,与自由来流相比,鲢幼鱼在障碍物后方顶流静止时,摆尾频率降低,摆尾幅度增加;顶流前进时,摆尾频率、对地游泳速度、游泳加速度和运动步长降低,摆尾幅度增加。半流速度3 BL/s下,障碍物有助于节省鱼类运动能量的消耗。在有障碍物的水流中,顶流静止时的摆尾频率随流速的增加而增加;顶流前进时,摆尾频率、摆尾幅度和游泳加速度随流速增大而增大,而运动步长随流速增大而减小。位置偏好研究表明,当流速为3 BL/s时,鲢幼鱼明显集中在距离障碍物后方约5～30 cm处游动,停留时间占比达92.5%,可能采用了卡门步态的运动模式;当流速为1和5 BL/s时,鲢幼鱼没有表现出非常明显的位置偏好;在自由来流中,鲢常贴壁游泳,亦没有明显的位置偏好,表明障碍物和流速的结合可为鱼类提供水流藏匿场,研究结果为鱼道设计提供重要参考依据。     

人工繁殖圆口铜鱼幼鱼游泳能力与游泳行为研究

利用鱼类游泳能力测定装置,以人工繁殖的圆口铜鱼(Coreius guichenoti)幼鱼为实验对象,体重(3.05±0.99)g,体长(5.94±0.66)cm,采用递增流速法研究其游泳能力与游泳行为。结果表明,在(20±1)℃水温条件下,圆口铜鱼平均相对临界游泳速度(critical swimming speed,U_crit)为(8.41±1.56)BL/s;其步态转换速度(gait transition speed,U_chg)与临界游泳速度呈线性正相关:U_chg=0.63 U_crit+0.21(P<0.01,R 2=0.86);摆尾频率(tail beat frequency,TBF)与进口流速(inlet velocity,U_in)呈线性正相关:TBF=0.48 U_in+2.53(P<0.01,R 2=0.95);进口流速(inlet velocity,U_in)与步长(step length,SL)呈线性正相关:SL=0.11 U_in+0.41(P<0.01,R 2=0.99)。实验鱼的摆尾幅度(tail beat amplitude,TBA)、冲刺次数、各进口流速下的摆尾时间百分比及稳定摆尾与非稳定摆尾比例,均随进口流速改变而变化。随流速增大,摆尾幅度呈现先增大、再减小、最后又增大的趋势;冲刺次数也是先增加、随后逐渐下降;摆尾时间百分比最初是快速增大,随后基本保持不变,流速增至8 BL/s高流速时,再次随流速增加而快速增大。当流速与临界游速比值(U/U max)为0.38时,实验鱼出现非稳定摆尾行为;比值为0.58时,实验鱼稳定摆尾行为与非稳定摆尾行为比例为1∶1;比值增至0.78时,稳定摆尾行为消失。人工繁殖的圆口铜鱼游泳能力较强,在不同流速下,通过改变游泳行为以保持更长的游泳时间及距离。研究结果可为以圆口铜鱼为过鱼对象的鱼道建设以及养殖流速优化提供参考。     

鳙幼鱼4种典型游泳状态特性研究

在23±0.5℃水温条件下,利用游泳行为测试水槽分析早期发育阶段鳙幼鱼（Hypophthalmichthys nobilis）（5.0～9.0cm,2.5～11.5g）游泳行为特性与水流流速变化的响应关系。结果表明该体长范围鳙幼鱼的平均临界游泳速度为0.468±0.161m/s;平均突进游泳速度为0.672±0.154m/s,且绝对临界游泳速度和绝对突进游泳速度均随体长的增加而线性增加,相对突进游泳速度随体长的增加而线性减小;绝对突进游泳速度与绝对临界游泳速度存在如下关系： ;在测试突进游泳速度中鱼类游泳行为随水流流速变化存在4种游泳状态相互穿插（顶流前进、顶流后退、顶流静止、顺流而下）,根据鱼类运动过程中的四个阶段分别对应的4种游泳状态,得到以鳙幼鱼为过鱼对象的鱼道池室主流流速为16.0～46.5cm/s;对于鱼道高流速区的竖缝、孔口等最佳流速应为46.5～85.4cm/s。本研究成果补充了四大家鱼游泳特性指标,为四大家鱼资源保护、鱼类洄游通道建设提供参考依据。     

温度对白鲢幼鱼游泳能力及代谢影响的研究

以鲢(Hypophthalmichthys molitrix)幼鱼(体长10.9～11.8cm,体重16.0～19.0g)为对象,研究了在不同温度(15、18、21、25℃)条件下的游泳能力及耗氧率。结果表明:(1)鲢幼鱼的相对临界游泳速度分别为:(5.30±0.32)、(5.87±0.25)、(6.17±0.16)、(6.85±0.16)BL/s,临界游泳速度随温度升高呈线性增加,拟合方程:Ucrit=3.073+0.150T(R2=0.983,P<0.005)。(2)在同一温度下耗氧率随流速的增加而增加,在同一流速下耗氧率随温度的增加而增加;使用power方程拟合耗氧率与流速关系,4种温度下的速度指数分别为1.41、1.31、1.60、1.80,随着温度的升高而增大。研究结果为水温变化对鱼类影响以及鱼道流速设计提供了鲢幼鱼游泳能力参数。     

异齿裂腹鱼游泳能力初探

为了摸清雅鲁藏布江特有种异齿裂腹鱼(Schizothorax oconnori)的游泳能力,以野生鱼种为实验对象,通过丹麦Loligo System公司的环形试验水槽测试了异齿裂腹鱼的临界游泳速度、突进游泳速度和持续游泳速度。结果显示,异齿裂腹鱼的临界游泳速度随体长的增大而增加,相对临界游泳速度随体长的增大而减小,其临界游泳速度与体长的关系为Y1=-39.369+13.23X-0.371X2+0.004X3(Y1是绝对临界游泳速度,X为体长)。突进游泳速度随体长的增加而近似呈线性递增趋势,而相对突进游泳速度随体长的增大而减小。在三个固定流速(60cm/s、80 cm/s、100 cm/s)下,初步确定60 cm/s为异齿裂腹鱼的持续游泳速度,80 cm/s、100 cm/s为耐久游泳速度。研究成果以期为青藏高原地区鱼类行为学的研究提供基础资料,为鱼道等过鱼设施的设计提供参考资料。     

鲢幼鱼非疲劳贴网及姿态转换行为研究

流速是影响鱼类生存与繁衍栖息的重要因子。为了了解鱼类在中等流速区的游泳行为,探究其对水流的适应特征,利用鱼类游泳能力测定装置,以鲢(Hypophthalmichthys molitrix)幼鱼[体重(9.82±3.81) g,体长(8.56±1.11) cm)]为对象,采用递增流速法,分析了游泳过程中的非疲劳贴网行为与姿态转换行为。结果表明,在22℃水温条件下,鲢幼鱼平均相对临界游泳速度(critical swimming speed,U_(crit))相比其体长(body length,BL)为(6.00±0.93)BL/s;其非疲劳贴网速度(no-fatigue impingement speed,U_(imp))与临界游泳速度呈线性正相关,U_(crit)=1.03 U_(imp)+1.26 (R~2=0.86,P0.01);姿态转换速度(gait transition speed,U_(tran))与临界游泳速度呈线性正相关,U_(tran)=0.59 U_(crit)+1.55 (R~2=0.43,P0.01);非疲劳贴网速度与姿态转换速度呈线性正相关,U_(tran)=0.51U_(imp)+2.72 (R~2=0.41,P0.001)。在中等流速范围内(2～4 BL/s),实验鱼摆尾频率(tail beat frequency, TBF)和单次摆尾周期前进距离(stride length, SL)均随流速增加而增大。首次出现非疲劳贴网的流速为4.62 BL/s,流速增至5.08 BL/s时出现姿态转换行为。发生姿态转换后,TBF开始下降,而SL随流速增加快速增大。研究显示,鲢幼鱼非疲劳贴网行为对游泳能力和姿态转换速度有显著影响,且非疲劳贴网行为与姿态转换行为之间也存在相互影响。研究结果可为自然环境中鱼类生态行为研究、鱼类资源保护及渔业管理提供参考。     

流速对鲫鱼游泳行为和能量消耗影响的研究

通过自制的鱼类游泳试验装置,研究了流速对鲫(Carassius auratus)游泳行为和能量消耗的影响。结果表明,鲫的摆尾频率、摆尾幅度随游泳速度变化有明显的规律。随着游泳速度的增加,鲫的摆尾频率与幅度都相应地增加。流速小于3倍体长/s与大于3倍体长/s,摆尾频率差异性显著(P<0.05),而摆尾幅度差异性不明显。鲫单位时间耗氧率随着流速的增加而显著增加,并且随着速度的增加,鲫用于游泳所消耗的能量占总能量消耗逐渐趋于稳定,运动净耗氧率最大为90%。水温(16±1)℃时,体长12～20cm鲫的相对极限流速为其(3.85±1.10)倍体长/s,绝对极限流速为(0.66±0.10)m/s;相同流速的温度环境中,随着体重的增加,耗氧量呈增加趋势。在相同的流速下,水温(10±1)℃时的游泳耗氧量小于(16±1)℃,而净耗氧率较大;温度(16±1)℃时,2.5倍体长/s的游泳速度有利于鲫生长代谢的能量积累。     

应用于鱼道设计的新疆木扎提河斑重唇鱼的游泳能力测试

为了探究斑重唇鱼的游泳能力，给过鱼设施设计和鱼类游泳行为学研究提供基础参数，本研究以木扎提河野生斑重唇鱼(全长TL=12~16 cm)为研究对象，测定了其在(16.6±1.6) ℃水温下的感应流速、临界游泳速度、爆发游泳速度及持续与耐久游泳能力。结果显示，斑重唇鱼感应流速为(0.18±0.02)m/s，相对感应流速为(1.40±0.23) BL/s (BL为体长)；临界游泳速度为(1.02±0.15) m/s，相对临界游泳速度为(8.58±1.65) BL/s；爆发游泳速度为(1.39±0.17) m/s，相对爆发游泳速度为(10.92±1.86) BL/s；最大持续游泳速度为0.87 m/s，最大耐久游泳速度为1.37 m/s，与平均爆发游泳速度相近。其持续游泳时间与流速呈负相关(${\rm lg}T = - 5.136{{X}} + 8.504$)。当以斑重唇鱼为主要过鱼对象时，建议为吸引鱼类进入鱼道，进口流速设计为1.02~1.39 m/s，休息池主流设计为0.20~1.02 m/s，鱼道竖缝处流速宜低于0.85 m/s。鱼道长度为1 000 m时，鱼道内平均水流速度应低于0.78 m/s。本研究结果可为新疆木扎提河流域鱼类游泳能力研究提供参考，对保护日益减少的鱼类资源具有重要意义。     

基于鱼类游泳能力的鱼道设计流速解析

短须裂腹鱼（Schizothorax wangchiachii）是黑水河流域生态修复重要的保护鱼类,为了使过鱼设施取得最佳过鱼效果,鱼类有更好的上溯路径,需要针对性探究过鱼对象的游泳能力指标;基于鱼道的水力学特性,对短须裂腹鱼感应流速、临界游泳速度、爆发游泳速度以及游泳耐力进行研究。结果表明,短须裂腹鱼的感应流速为（0.09±0.03）m/s,相对感应流速为（0.39±0.15）BL/s,流速0.04~0.14 m/s,趋流率（F）随流速（V）增大而显著增大,F=0.7576lnV+2.485（R2=0.97,P＜0.01）;临界游泳速度（Ucrit）为（1.41±0.18）m/s,相对临界游泳速度（U’crit）为（6.27±1.14）BL/s;递增流速法测得的爆发游泳速度(Uburst)为（1.83±0.23）m/s,相对爆发游泳速度(U’burst)为（7.95±1.04）BL/s;固定流速法测得爆发游泳速度为1.8 m/s,持续游泳速度为1.2 m/s,在1.2~1.8 m/s耐久游速区间,持续游泳时间（T）随游泳速度（V）增大而减小,lgT = -4.5015V+9.468 (R2=0.69,P＜0.01)。结合鱼道水力学特性,推荐鱼道最小流速为0.20 m/s,高速区流速小于1.44 m/s,鱼道进口部分流速为1.20~1.44 m/s,休息池段流速为0.20~1.16 m/s。