水下生物遙測術

水生生物遙惻技術開闢了漁業研究新的途徑 , 它能了解到早些不清楚的水生生物習性和生態方面的現象 , 可 以用 來研究魚類的徊游途徑、 在各種情況下定位的能力、分布範圍與行動的穩定性、 對自然刺激和人為刺激的反應 、在障礙物區和漁具作業區內的行動等。

基本介紹

• 中文名：水下生物遙測術
• 外文名：Underwater biological telemetry

水下生物遙測技術

水下生物遙測所使用的主要工具由遙測傳送器和信號接收器兩部分組成 。追蹤研究動物對象的遙測傳送器 由天線和信號形成發射器組成 , 接收器則進行信號 增益和在顯示 器形成終端信號輸出 。 運載工具可以是船隻 , 在採用無線電生物遙測裝置時也可使用飛機以至宇宙飛船 。

聲學生物遙測

在水下生物遙測中最適宜和最廣泛採用的聲電換能器是壓電陶瓷製的薄壁環狀換能器。生物遙測傳送器的電源是生物遙測中最重要的部件,它占有大部分的容積。最廣泛使用的是汞鋅制電池、銀鋅制電池和鋰制電池。近年來,鋰制電池的單位功率最大,最有發展前途。接收器比普通接收器複雜,價格較貴,它可以同時測定目標的方位和距離,並能測算目標所在深度。跟蹤體重0.5~3公斤魚的聲學傳送器通常發出的信號,其聲源級不超過50分貝/微巴/米。接收換能器輸出端的有效電信號達到1微伏,就可以實現在顯示器上清楚分辨。在實際工作中,採用指向性接收換能器,它保證接收輸出端有良好的信噪比及較高的接收靈敏度,一般為30~40分貝/微巴/米。接收器可以確定兩個或更多的兒個點的方向和位置。在特殊的條件下,如水電站附近、多石灘的激流中或草木叢生的水域,聲學信號接收距離將顯著縮短。在導電率低的水域套用水下生物遙測,無線電遙測技術具有優越性,但是在導電率高的海水或淡水中,遙測跟蹤對象又位於較深水層時,聲學遙測則具有明顯的優點。此外,它還可以藉助接收的方向性,測定出跟蹤目標的位置。

無線電生物遙測

無 線電信號在 水中傳播時衰減極快 。 發射基陣的水下無線電信號僅在直接靠近信號源時才能被接收。但是一當電磁波穿過水錶層進入空氣中時,則極小的電能也可在極遠距離處被接收到。由於射入水和空氣界面的電磁波折射係數極高,透過水錶層的僅僅是射入信號與水表面成6°角範圍內的電磁波束。水下生物無線電遙測技術中採用的無線電頻率為30~180兆赫,套用宇宙儀器觀察時,約為400兆赫。

水下生物無線電遙測所用的無線電傳送器象聲學傳送器一樣,也可以傳送以編碼形式載波各種信息(深度、水深等)的信號。美國研製成功的現代無線電遙測傳送器(WAFDav-Tron)的電路原理圖和技術特性如下：

無線電生物遙測傳送器電路原理圖

接收和轉換無線電信號一般採用手控或自控掃描的可攜式多通路接收器。能不斷眼蹤多個單頻率的傳送器。信息處理採用電腦系統。

生物遙測方法

生物遙測所獲得的資料是令人滿意的,不過在進行遙測跟蹤時需將魚捕起,這將對魚的生理和以後的行動產生嚴重影響。因此,在操作方法上需特別注意。通常在安放傳送器前將魚麻醉,一般採用奎那啶、苯唑卡因等麻醉劑。如果標誌時不加麻醉,則魚恢復正常所需的時間較短。對鱈魚和大麻哈魚曾採用不麻醉方式進行傳送器安放。

傳送器安放的方式有許多種,按魚種、魚體大小和傳送器的類型、尺寸而定。目前廣泛採用的有外部固定法,將傳送器緊緊地安裝在魚體背鰭區背部上。“馱物式”固定法是將傳送器分成兩部分:一部分為傳送器,另一部分為電源電池,用氯丁二烯橡膠制的連線片相聯,這兩部分固定在魚體兩側。這種固定法可使魚的重心穩定。日本採用一根10厘米的繩子作成拖曳式傳送器,例如在聲學標誌遙測鮪魚時就採用了這種方法。在短時間跟蹤時可採用夾具將傳送器固定在跟蹤對象的背部。此外還有胃內法,即將聲學標誌通過食道塞入胃中。這種方法套用亦很廣泛,它簡便、迅速,特別是適用於大型魚類及兇猛魚類。無論是無線電信號還是聲信號在通過魚體時,其衰減都很小。還有一種是外科植入法。這種方法近年來才開始採用,多用於長時期遙測跟蹤。植入手術較簡單,一般需3~5分鐘。首先將魚麻醉,然後在腹壁縱向切開長20~25毫米切口,將傳送器塞入腹腔,腹腔內要放進抗生素,最後將切口縫合。切口能很快地癒合並恢復正行動。如採用的是無線電遙測則在採用植入法時需將傳送器的天線梢外露在魚體外。

水下生物遙測技術的效果

魚類洄游規律的研究。研究魚類的洄游時間、路線、速度、深度以及與環境因子間的關係。採用這種新技術所取得的數據將比傳統的標誌方法更準確和詳細。曾對大麻哈魚類,鮭、大鱗大麻哈魚、紅大麻哈魚、細蛘大麻哈魚、銀大麻哈魚等的產卵洄游路線和行動特點進行研究。曾用生物聲學遙測技術查明了歐洲鰻鱺、大西洋鱈和美洲西鯡、條紋狼鱸等的潤游規律。曾對梭鱸跟蹤了153天,對河鱸跟蹤了一年多,對狗魚觀察了547天。

水電工程對溯河性魚類洄游影響的研究。現代世界的許多河流都建築了發電站等水電工程,政變了河流的水文、水力和水生生物的狀態,破壞了溯河性魚類和半溯河性魚類的洄游路線。因此,一個重要任務就是研究魚道的有效利用,以便設計、模擬最適魚道,而研究魚類洄游經過魚道時的情況又是最為重要的。當前適宜於研究魚類在水利工程區洄遊行動的方法就是採用生物遙測技術。

魚類在漁具作用區內行動的研究。套用生物遙測技術研究魚類在網具作用區內的行動,並用以估算魚進網的可能,這對設計最佳網具結構極為重要。例如,用外部固定法聲學標誌跟琮鰈魚,用聲納觀測底拖網捕作業,所得資料表明鰈魚在漁具作用區的行動及其遊動均帶有然性,實際上並沒有防禦反應能力。曾用聲學標誌對網網圈內的歐鯿( Abramis brama)和白斑狗魚(Esoxlucius)的行動進行跟蹤,它們企圖從網圈中逃出,但並不觸及網片。日間它們保持離網片1米的距離,夜間保持0.5米的距離。

利用聲學標誌魚發現捕撈魚群。經過放聲學標誌的集群性魚類個體,在安放標誌後放入水中仍有集群的習性。曾經對鰹( Katsuwonus pelani's)進行聲學標誌跟蹤。鰹在安放聲學標誌後,仍集群於鰹魚群中。跟腙詞查船上裝有被動式聲納,接收該標誌魚所發出的信號。跟琮船保持和標誌魚間的距離為1海里。跟琮遙測作用距離為2,300米。通過對標誌魚的跟蹤來發現有捕撈價值的鰹魚群,從麗提高了對鰹的偵察、捕撈效果。