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h牧场的关键技术和Ҏ(gu)
h牧场是指Zh生态系l生物与环境怺作用的原理,在特定v域内Q通过人工鱼礁、vd、v草床{工E,构徏或修复vz生物繁D、生ѝ烦(ch)饵和避敌所需的场所Qƈl合增殖放流、生物驯化控制、休闲渔业开发、资源环境监和巡查护{措施,实现域生态环境改善、渔业资源自然增D及(qing)持箋健康开发利用的复合型渔业模式?span style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; color: rgb(0, 128, 255); visibility: visible; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word;">h牧场的目的包括恢复ƈ提高?gu)域生物多样性和渔业资源量、以保渔业资源持箋E_增长Q以?qing)在持箋高效利用h资源的同时保护vz生态系l、实现vz渔业持l健康发展?/strong>l过多年发展Q我国vz牧场已形成一定规模,在增D和恢复渔业资源、修复和改善h生态环境、促(j)q渔民{产增收等斚w取得?jin)显著效果。但׃h较晚Q我国vz牧场发展M仍处于初U阶D,存在研究基础薄弱、科技水^落后、支撑发展不等问题。因此,h牧场关键技术的研究已成为我国“蓝色粮仓”徏设亟待解决的重要问题。本文在lD国内外vz牧场徏设技术研I进展的基础上,分析和ȝ?jin)vz牧场徏设中6Ҏ(gu)术的研究Ҏ(gu)Q阐qC(jin)q?Ҏ(gu)术的优点和不I为我国vz牧场的U学提供参考?/span>
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h牧场生物资源评估技?/strong>
h牧场生物资源的监和评估是基于电(sh)子和声学原理Q评估vz牧场生物资源状늚技术?/strong>其中Q?span style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; color: rgb(255, 76, 0); max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word;">探鱼?/strong>可以获取h牧场部分生物的游泳速度、运动方向、生物种厚度和密度中心(j){渔业资源信息。刘思双设计?jin)一U多波束双频探鱼仪,q在湖泊中完成了(jin)试验。张辉、张淑娟对多波束探鱼仪信L(fng)采集处理以及(qing)显控q_q行?jin)研IӞZ(jin)提高显控软g的可靠性,VxWorks嵌入式系l应用于多L束探gA显控q_的开发。李更对多L束探gA的多通道发射机、多通道接收机、电(sh)源系l以?qing)数字信号处理^台的逻辑设计Ҏ(gu)q行?jin)研I。ؓ(f)?jin)探鱼仪更加便携,服务休闲׃的需求,李云U等利用Wi-Fi技术将手机APP与硬件结合,设计?jin)一ƾ便携式探鱼pȝQ该探鱼pȝ能够Ҏ(gu)回L信号判别目标Qƈ清晰地显C在手机应用E序界面上。但׃探鱼仪获得的数据是在复杂的vz环境下采集的,未知和不定的因素会(x)Ҏ(gu)据造成较大影响Q相对于探鱼仪的发展Q目前我国在探鱼仪数据预处理斚w的研I较?yu)?/span>
利用水声学技术来监测渔业资源十分高效Q不但对资源没有破坏性,而且摆脱?jin)光学法中光波传播距ȝ的缺炏V?/strong>汤勇{针对一般大陆架水域、vz牧场和淡水湖泊{生境,研究鱼类和Q游动物的水声学识别和监测技术。在我国南vQ研I者借助生物学拖|采h术,利用Echoview 软g对声学数据进行分析处理,l合渔业资源拖网数据Q对生物资源量进行评估?span style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; color: rgb(255, 76, 0); max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word;">此外Q基于声学媄(jing)像分析和渔业资源调查l果Q对h牧场渔业资源q行评估的方法,验证?jin)声学方法在h牧场渔业资源评估中的效果?/strong>׃h较晚Q我国对于鱼的遮蔽效应、可能存在的回避行ؓ(f)以及(qing)利用声学回L来识别区分鱼cȝ研究q不够,相应的鱼cd学数据库的构有待q一步研I?/span>
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h牧场生物增殖技?/strong>
h牧场生物增殖技术是指用放、底播、移植等人工方式向vz牧场投放资源关键种亲体、种苗等水生生物以增加其资源量,解决h牧场自然U群补充不{问题?/strong>
国内主要研究?jin)真鲗许氏^鲉、牙鲆、鲍鱹{v胆、刺参等在不同结构、材料鱼C表面的附着效果与周围的聚集效果Q从生物学角度ؓ(f)人工鱼礁的结构选型提供依据。在此基上,逐渐形成?jin)适宜的增D种cȝ选流E,q徏立了(jin)生态系l水q的增殖U类生态容量评估技术。构Z(jin)融合增殖体数量动态、生态适合度和生态风险于一体的增殖效果量化评估指标体系Q徏立了(jin)以调查实和模型模拟为核?j)的增殖功效评估?gu)Q研发了(jin)Z回捕强度和回捕规格的增殖资源高效利用方式。针Ҏ(gu)vz牧场牧化品U增D放技术研发了(jin)适宜性品U筛选技术、最适放规格和数量技术、鱼虾苗U中间培育技术、标志放技术,目前我国已徏立v南v生态增D型、东鱼增D型和黄hv珍品增殖型vz牧场配套技术模式,q徏立了(jin)h牧场立体最?jng)_D技术模?/strong>Q有力推动了(jin)我国h牧场的徏设?/span>
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h牧场对象物种驯化控制技?/strong>
对象物种驯化控制技术是以行为学理论为基Q利用高U技手段Q徏立对象生物行为驯化系l,从声、光、电(sh)、磁{与鱼礁和饵料等物理、生物手法相l合驯化对象生物Q其从发生到捕获始l受到有效的行ؓ(f)控制的技术?/strong>研究者在黄渤对重要恋礁性鱼c许氏^鮋的韛_驯化时段q行?jin)初步研I。有学者开发了(jin)无h值守式驯化装|及(qing)水下视频监控pȝQ徏立了(jin)黑鲷{重点牧化品U的韛_驯化技术,构徏?jin)驯化效果评估方式和生态高效的驯化苗种采捕方式?span style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; color: rgb(255, 76, 0); max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word;">在南P放流物种行ؓ(f)控制技术主要以韛_驯化l合饉|投喂的方式,研发D“声?饵诱”驯化控制技术,其应用效果初步显现?/strong>同时研发?jin)v上全自动韛_驯化新设备,l合上现场试验的方法,建立|捕、潜采、游?/strong>{采捕技术,提高?jin)出效?q开展了(jin)气(chng)q拦截技术试验研IӞ定?jin)最x截效果气泡幕密度?strong style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word;">韛_驯化是增加vz牧场回捕率的手D之一Q目前该技术在我国的研I尚不深入,处于试验阶段?/strong>
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人工鱼礁水动力特性技?/strong>
在L、流作用下h工鱼C的水动力特性不仅决定着其周围的场效应Q而且影响其自w的E_性,通过长时间的攄Q这U特性对鱼礁周围的化学、生态环境将产生巨大的媄(jing)响,因此研究人工鱼礁的水动力Ҏ(gu)是发展人工鱼礁的关键?/span>
日本?0世纪60q代开始对人工鱼礁的水动力学特性进行较为系l的研究。通过水槽模型试验Q定量研I了(jin)C体模型周围场的变化及(qing)影响范围Qƈ从很多试验数据中ȝZ同礁体模型的体力学Ҏ(gu),Zh工鱼C构型优化提供了(jin)U学数据。马来西亚学者研I了(jin)一U新型结构h工鱼C? 头盔人工C体) 的水动力Ҏ(gu),q种C体中不同开口的Ҏ(gu)形状改善?jin)单元内速分布情况,从而增加了(jin)C内渔业资源的生物量?/span>
在国内,针对方型C、多柱型礁、圆型C、星体型C、M 型礁、大型组合式生态礁{,采用_子囑փ速技?/strong>( particleimage velocimetryQPIV)?strong style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word;">计算机数值模拟技术?/strong>水槽试验?strong style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word;">风洞试验{物理模型和仿真分析Q研I了(jin)单体鱼礁形状、尺寸对周围体态的影响Qؓ(f)鱼礁l构优化提供U学依据。针对复杂礁,引入通透系敎ͼ通过建立通透系CC体周围场的关p,实现复杂C体单化Qؓ(f)大范围模拟礁周围流场提供一U新思\。通过分析不同C体摆放方式和组合布局模式Ҏ(gu)场分布的影响Qؓ(f)单位鱼礁的配|规模、布局方式和摆放设计提供参考?/span>
水槽试验或风z试验只能反映h工鱼C周围局部的速流向,不能Ҏ(gu)个流行准、全面的分析Q随着计算机技术的发展Q数值模拟能够准模拟鱼C周围的场?strong style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word;">目前Q我国对于流场效应的研究Ҏ(gu)已经逐渐从单一的风z试验、水槽试验ؓ(f)主,转ؓ(f)以数值模拟方法ؓ(f)丅R?/strong>其是近几年Q利用FLUENT 软g寚wC周围流行模拟的研究发展很快Q对方型C、多柱型礁、圆型C等cdC体q行?jin)流场的模拟Q从二维数值模拟扩展到三维数值模拟,q对比分析了(jin)不同模型的模拟效果。林军等研究表明Q采用大涡模拟法(large eddy simulationQLES)的湍模型模拟的涡旋q动的变化更W合实际的流动,Z后的研究提供参考。由于PIV技术避免了(jin)普通水槽试验中接触点干扰和试点不的~陷Q能在瞬间记录下大量I间上的速度信息Q水槽试验也从普通水槽试验{为结合PIV 的水槽试验或是利用计机数值模拟的水槽试验。在持箋的研I中Q关于流场效应的评h(hun)体系正在不断完善Q马荍沣{针对不同开口比的h工鱼C对周围场效应的媄(jing)响进行了(jin)全面评h(hun)Q初步徏立了(jin)Z场效应影响的评价体p,但由于鱼C周围生态系l的复杂性,评h(hun)体系q有待于q一步完善?/span>
在h工鱼C稳定性的研究斚wQ一般通过理论计算、风z试验、数值模拟等获得人工鱼礁的最大受力、抗漂移pL、抗倾覆pL{参数来q行人工鱼礁E_性的判断。目前针对十字型C、钢制四方台型礁、回字型C、方型礁{,l合其投攄域状况验证?jin)礁体投攑的稳定性。但目前C体E_性的研究对于沉降作用多数只进行了(jin)定性分析,其定量的数值模拟研I还有待q一步发展。在鱼礁定位投放的研I方面,Z振qL和力学理论,以R叶型鱼礁为研I对象,分析?jin)R叶型鱼礁在不同L、不同水深、不同v床坡度及(qing)附着生物{条件下的安全性,定?jin)R叶型鱼礁的安全重量和适宜投放的水p围。目前,人工鱼礁的定位投放依据的通常是对鱼礁E_性及(qing)场效应{的计算l果Q还需要加大对投放域的底质条件、水文条件和环境生物{的l合评估?/span>
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人工鱼礁l构?qing)工E材料开发技?/strong>
目前Q日本是世界上h工鱼C徏造规模最大的国家Q日本的人工鱼礁已有300多种形状Q而且q在不断研发新型鱼礁。日本的人工鱼礁cdQ按照鱼C的不同功能和作用,分ؓ(f)资源增殖型鱼C、环境改善型鱼礁、渔获型鱼礁、游钓型鱼礁和防波堤构造型鱼礁{?按投放水层分为底层h工鱼C、?zhn)式人工鱼礁{?按鱼C材料不同分为凝土鱼礁、钢材鱼C和混合型鱼C等。ؓ(f)?jin)更合理地徏设h工鱼C,日本在h工鱼C徏设上出现?jin)新动向Q开始徏设贝壳礁、高层鱼C等。徏{规模从到大,已逐渐形成?jin)类型多样化、结构复杂化、材料现代化、徏{规范化的h工鱼C徏设体pR?/span>
意大利通过政府和民间团体共同投资,有组l、有计划、有理地投NC,除了(jin)利用废船、废轮胎外,q利用煤灰和混凝土合鱼C。澳大利亚和Ƨ洲各国主要是通过沉放退役军舰和废旧船只、废轮胎{作为鱼C。西班牙是由政府和民间团体一h资徏NC和实施理的欧z国Ӟ除投攑ֺ旧船和废轮胎外,也在渔区投攑֤型凝土构gQ目的是防止拖网渔船作业和保护渔业资源。马来西亚、泰国、菲律宾{国投入资金不多Q投C数量也不多Q大部分是投攑ֺ旧船、废轮胎{作鱼礁Q只有少量的钢筋混凝土鱼C,有些甚至用竹、木、石块作鱼礁。但也提Z(jin)一些新型徏C材料,如印政?h事务和渔业部提出?jin)一U新材料来制造h工生境,包括p丙烯塑料(PP)制成的h工珊(qing)瑚礁。马来西亚研I了(jin)香蕉废料颗粒(BPP)与徏{垃圄再生骨料混凝?RAC)作ؓ(f)沛_生态系l的人工混凝土礁的创新用途,q已得到批准使用Q显著解决了(jin)国家Z废物理与污染中的一个问题,有助于河口生态系l的l色可持l发展?/span>
人工鱼礁的结构是Ҏ(gu)投放域的L特征、v水底质、v水盐度等物理化学特征?qing)投C目的来q行设计Q用于g长礁体寿命、增加礁体稳定性,提高C体生态效益?/strong>目前Q我国针Ҏ(gu)放v域设计了(jin)星型C、十字型C、回字型C、生态复合型C、三角ŞC等Qƈ对礁体Ş状进行了(jin)一定的改良。ؓ(f)?jin)适应向更深v域徏设vz牧场的需求,王江涛在式鱼礁的基上,设计?jin)一U变?gu)鱼C,该鱼C区别于底层鱼礁Q可以?zhn)于h中,能够上层温度较高、溶氧多和饵料生物丰富的h输送到下层。满了(jin)不同地Ş、v域h工鱼C的需求?/span>
在礁体材料方面,通过Ҏ(gu)凝土、金属、木材、橡胶、粉煤灰、矿渣、工E塑料及(qing)复合型材料的物理性能、化学作用、生物附着、鱼c诱集、环境效应等q行?jin)一pd的研IӞ得出应用效果最好的是凝土人工鱼礁。通过对凝胶材料及(qing)各组分配比的优化Q不仅在抗压强度、生态效应、生物附着斚w有了(jin)显著提升;q充分利用了(jin)各种废弃材料Q如冉渣、牡蛎壳、粉煤灰、矿_、钢渣和炉渣{,实现?jin)低环保。通过模拟动h环境下的h土R蚀试验Q计和预测?jin)凝土人工鱼礁的耐久性寿命,表明钢渣复合材料混凝土h工鱼C在自然h中的寿命大于强度{为C30、C35混凝土h工鱼C的寿命Q且通过适当增加保护层厚度可有效提高混凝土抗氯离子R蚀的耐久性寿命。徏C材料逐渐向综合化、低_发展Q有利于h牧场的可持箋发展?/span>
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h牧场监测技?/strong>
h牧场监测技术是指通过讄h环境监测站点Q用联|和无线发射{技术手D,建立针对h环境关键因子的自动监和预警预报pȝQ及(qing)时获取vz牧场环境变化的信息Q以避免生态系l的崩溃和突发性的灑֮发生?/strong>
我国黄渤区?015q开始全面启动vz牧网目Q坚持“互联网+h牧场”,实现Ҏ(gu)vz牧场的可测、可视、可控,该项目集成的底视频观测、vz水质监和大型休闲理q_Q协助vz牧场管理和生人员调控渔业U学L生Q提升vz牧场安全性、经和生态h(hun)值展Cvz牧场的产业形象Q普?qing)vz渔业文化知识。花俊等自主研发?jin)vz牧E水质监系l,实现?jin)相x质参数的长期有效地在U监和传输。在设计pȝ的体pȝ构时Q首先结合vz牧场的环境特点、水产生物的生长发育影响因素{确定监参敎ͼq而确定传感器的选择Q再l合其他模块完成监测点Yg的设计,其中其他模块包括数据处理模块、网l通信模块以及(qing)甉|模块Q设计完成的监测点系l由配套的Q标装载,从而Ş成独立的监测点,最l每个监点通过GPRS/3Gq程通信方式实现数据的无U上传ƈq控Y件显C、处理。还有学者针Ҏ(gu)vz牧场环境监控需求,开发了(jin)h牧场环境水质、v实时在U监技术及(qing)装置Q实C(jin)实时在线q程监测h牧场域水质、v等状况。M上,我国h牧场自动化监控系l多是在特定域q行试验Q业化应用较少?/span>
来源 | 本文节选自《vz牧场徏设技术研I进展?/span>
作?/span> | 王栋?余景 陈丕?1.中国水U学研究院南h产研I所Q?/span>2.上vh大学hU学学院
排版来源 | 数智h公众?