Research on acoustic target strength of Larimichthys crocea in South China Sea based on Kirchhoff Approximation Model
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摘要:
渔业声学是评估鱼类丰度和分布的重要方法，而大黄鱼 (Larimichthys crocea) 的声学评估常受限于目标强度 (Target strength, TS) 数据不足。基于此，利用基尔霍夫近似模型 (Kirchhoff approximation model) 对南海地区养殖大黄鱼的目标强度进行了测定和计算，并探究了其姿态倾角、体长 (L) 及声波频率等因素与目标强度的关系，旨在补充大黄鱼的目标强度数据，为南海渔业资源的声学评估提供科学参考。结果表明，在38、70、120和200 kHz频率下，大黄鱼的目标强度与体长间的拟合关系分别为TS=20lgL−74.12、TS=20lgL−74.34、TS=20lgL−71.98和TS=20lgL−70.01。在相同频率下，大黄鱼的目标强度随体长的增加而增大，并且在姿态倾角介于 −20°~−10° 和10°~20° 时表现出较高的目标强度，这与其体鳔夹角、运动姿态和生活习性相符。当频率超过70 kHz时，大黄鱼的目标强度随频率的上升而增加，但非线性关系。
Abstract:Fisheries acoustics is as an important method for assessing fish abundance and distribution, but the acoustic assessment of Larimichthys crocea is often limited by insufficient Target strength (TS) data. Thus, we employed the Kirchhoff Approximation Model to measure and calculate the TS of cultured L. crocea in the South China Sea, and analyzed the relationship between its attitude inclination, body length (L), acoustic frequency and the target intensity, so as to supplement the target intensity data of L. crocea, and provide scientific references for the acoustic assessment of fishery resources in the South China Sea. The results show that at the frequencies of 38, 70, 120 and 200 kHz, the relationship between TS and body length can be approximated by TS=20lgL−74.12, TS=20lgL−74.34, TS=20lgL−71.98, and TS=20lgL−70.01, respectively. At the same frequencies, the TS of L. crocea increased with increasing body length, with higher values at angles of −20°−−10° and 10°−20°, aligning with their swim bladder orientation, movement posture and behavioral patterns. Moreover, when the frequency was over 70 kHz, the TS of L. crocea increased with increasing frequency but without a direct linear relationship.
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卷口鱼 (Ptychidio jordani) 隶属鲤形目、鲤科、野鲮亚科、卷口鱼属，是珠江名贵食用鱼类之一，因受江河污染和过度捕捞的双重影响，卷口鱼自然资源急剧衰退，亟待保护。遗传多样性通常是物种长期进化的结果，是物种或其群体持续生存并适应环境而不断进化的前提。一般认为，物种的遗传多样性或变异性越高，说明物种的进化潜力越大，对环境的适应能力越强[1-2]。遗传多样性的高低决定了该生物能否继续在生物圈繁衍和生活，多样性下降将会对种群产生负面影响[3-5]。目前，关于卷口鱼遗传多样性和遗传变异的报道相对较少，杜合军等[6]利用RAPD分子标记技术对珠江水系西江段3个卷口鱼地理群体的遗传多样性进行了分析；Zhu等[7]运用微卫星技术开展了卷口鱼的遗传分化研究；此外，范凤娟等[8]通过线粒体Cytb基因序列探讨了珠江水系卷口鱼的遗传变异及历史动态。
近年来，江河污染和过度捕捞等对卷口鱼资源造成了影响，但目前其资源状况尚不够清晰。鱼类线粒体具有结构简单、遵循母系遗传、不发生重组及进化速度快等特点，是鱼类进化遗传学、分子生态学、遗传多样性等研究的重要标记[9]。在线粒体DNA (mtDNA) 的13个蛋白质编码基因中，线粒体细胞色素B (Cyt b) 基因的结构与功能被了解得较为透彻，因其进化速度适中[10]，常被用于鱼类种群结构与遗传多样性的研究。本研究对西江流域广西境内6个江段的卷口鱼群体进行 mtDNA Cytb序列测定，为进一步了解该自然种群的遗传多样性、遗传结构、遗传分化程度及历史动态，及今后其种质的资源管理、保护和开发利用提供基础数据和科学依据。
1. 材料与方法
1.1 研究材料
卷口鱼样本采自西江流域广西境内的6个江段，分别为红水河 (HSH)、柳江 (LIUJ)、西江 (XIJ)、右江 (YOUJ)、左江 (ZJ)、郁江 (YUJ)，采样时间为2014年6月—2016年12月，共139尾。每尾取约5 g肌肉样本置于含95%乙醇的15 mL离心管中，−20 ℃保存备用。
1.2 DNA提取、PCR扩增与测序
取50 mg保存肌肉，采用醋酸铵方法提取卷口鱼的总DNA[11]，用微量核酸蛋白分析仪测量DNA浓度和纯度，在1%的琼脂糖凝胶电泳下检测DNA质量，经检测合格的DNA模板于−20 ℃保存备用。采用由上海生工生物工程技术服务有限公司合成的Cytb通用引物扩增卷口鱼的Cytb基因，其序列为L14724 (5'-GACTTGAAAAACCACCGTTG-3') 和H15915 (5'-CTCCGATCTCCGGATTACAAGAC-3')。
PCR反应体系为50.0 μL，包括2×Ex Taq Bufffer 25 μL，10 μmol·L−1的上、下游引物各2 μL，100 ng·μL−1 DNA模板2.0 μL，用ddH2O补至50.0 μL。PCR程序为94 ℃预变性3 min；94 ℃变性45 s，56.5 ℃退火45 s，72 ℃延伸90 s，共35次循环。
PCR扩增产物经1.5%琼脂糖凝胶电泳检测，并将合格的PCR样品送深圳华大基因公司进行双向测序。
1.3 数据处理
序列采用ClustalW校对后，由SeqMan程序拼接并去除两端不稳定部分；采用MEGA 4.1软件分析序列碱基含量及变异位点，计算Kimura 2-parameter遗传距离，并以大眼卷口鱼 (P. macrops) 为外类群，构建单倍型的NJ系统树[12]。单倍型及遗传多样性参数的计算用DnsSP 5.10软件[13]统计。采用Arlequin软件[14]进行分子方差分析，评估种群的遗传分化，并进行Tajima's D和Fu's Fs中性检验以及核苷酸错配分布，单倍型网络结构图用network 4.0软件[15]构建。
参考已校正的鲤科鱼类Cytb基因0.76%的进化速率(u)[16]，世代时长(t)为2[17-18]，根据公式τ=2ut计算西江水系卷口鱼群体的大约扩张时间。
2. 结果
2.1 Cytb基因序列组成
139尾卷口鱼样品Cytb基因修饰后序列均为1 053 bp，碱基T、C、A、G的平均含量分别为29.1%、27.7%、29.3%、13.9%，其中A+T (58.4%) 高于C+G (41.6%)，表现出较强的少G偏倚性。在该编码序列使用的密码子中，T、C、A、G在第1、2、3位点的平均含量差异很大，其中G的平均含量变化最大，在第1、2、3位点平均水平分别为25.1%、12.8%、3.9%，密码子的碱基使用频率存在明显的偏向性。
卷口鱼Cytb基因序列共编码351个氨基酸，包含20种氨基酸，其中亮氨酸的平均含量最高，半胱氨酸最低。将卷口鱼种群Cytb核苷酸序列翻译成氨基酸序列，检测出6个氨基酸变异位点，其中有5个是由第1位密码子突变引起，1个由第2位密码子突变引起，其他的核苷酸突变未引起氨基酸变异，属同义突变。
2.2 Cytb基因多态性
卷口鱼Cytb基因部分序列均未检测到插入或缺失位点，变异位点共22个，占总位点数的2.09%，其中有15个发生于第3位密码子，6个发生于第1位密码子，1个发生在第2位密码子上。22个变异位点中有21个转换，1个颠换，转颠换比R为21，简约信息位点共10个，单一变异位点12个。在不同江段群体中，红水河和右江群体发现变异位点最多均为11个，左江群体发现变异位点最少，仅2个。说明此基因序列突变未达到饱和状态，受进化噪音的影响可能性较小 (表1)。
表 1 卷口鱼线粒体Cytb基因遗传多样性指数Table 1 Genetic diversity parameters of mtDNA Cytb gene in six P. jordani populations群体
Population样品数
Number of samples变异位点
Variable
site单倍型数目
Number of
haplotype单倍型多样性
Haplotype
diversity (h)平均核苷酸差异
Mean of nucleotide difference (K)核苷酸多样性
Nucleotide diversity (π)红水河 HSH 28 11 9 0.748 7 3.431 2 0.003 3 柳江 LIUJ 41 6 7 0.274 4 0.382 9 0.000 4 西江 XIJ 10 4 4 0.533 3 0.800 0 0.000 8 右江 YOUJ 15 11 6 0.704 8 3.219 1 0.003 1 郁江 YUJ 31 6 7 0.701 1 1.006 5 0.001 0 左江 ZJ 14 2 3 0.274 7 0.285 7 0.000 3 总计 Total 139 22 20 0.768 2 2.461 9 0.002 3 139个Cytb基因序列共定义20个单倍型 (Hap1~Hap20，GenBank登录号MN102000.1—MN102019.1)，其中Hap3为优势单倍型，在所有群体中均有出现，占总个体数的39.57%；其次为Hap11，除了红水河和西江外，其余4个群体均有出现，占总个体数的22.30%。有13个单倍型为群体独享，占总个体数的9.35%。在调查的6个群体中，平均单倍型多样性为0.768 2，平均核苷酸多样性为0.002 3。红水河群体遗传多样性最高，拥有9个单倍型，单倍型多样性 (h) 为0.7487，核苷酸多样性 (π) 为0.003 3，平均核苷酸差异 (k) 为3.431 2；其次为右江群体，拥有6个单倍型，h为0.704 8，π为0.003 1，k为3.219 1；最差为左江群体，仅有3个单倍型，h为0.274 7，π为0.000 3，k为0.285 7 (表1)。
2.3 群体间遗传距离与遗传变异
群体间遗传距离分析表明，红水河与郁江群体间的遗传距离最远 (0.005 0)，最近为西江与柳江群体 (0.000 6)。群体内遗传距离HSH>YOUJ>YUJ>XIJ>LIUJ>ZJ。6个地理群体间的遗传分化系数为0.000 5~0.667 0，除了左江与右江、柳江与西江群体间不存在显著的遗传分化外 (P>0.05)，其余各江段群体间均存在显著 (P<0.05) 或极显著 (P<0.01) 的遗传分化。柳江与左江群体的遗传分化程度最大 (0.6670)，与西江群体间的遗传分化程度最小 (0.000 5，表2)。6个江段群体的遗传变异系数FST=0.4614，基因流Nm=0.058 4。总遗传变异中，群体间变异占46.14%，显著小于群体内 (53.86%)。将139尾个体按分支分为2个群体，AMOVA 分析显示遗传变异系数FST=0.860 9，总遗传变异中，分支群体间变异占86.08%，显著大于各分支群体内变异 (P<0.01)，变异绝大部分来自分支间，只有很小部分来自分支内。基因流Nm=0.080 8，表明两分支间基因交流很低 (表3)。
表 2 卷口鱼遗传距离与遗传分化系数 (FST)Table 2 Genetic distance and genetic differentiation coefficient (FST) in P. jordani群体
Population红水河
HSH柳江
LIUJ西江
XIJ右江
YOUJ郁江
YUJ左江
ZJ红水河 HSH 0.003 3 0.560 6** 0.396 1** 0.283 8* 0.580 3** 0.540 5** 柳江 LIUJ 0.003 8 0.000 4 0.000 5 0.375 2** 0.562 5** 0.667 0** 西江 XIJ 0.003 8 0.000 6 0.000 8 0.166 8* 0.422 9** 0.572 7** 右江 YOUJ 0.004 5 0.002 3 0.002 4 0.003 1 0.131 7* 0.092 1 郁江 YUJ 0.005 0 0.001 5 0.001 5 0.002 2 0.001 0 0.147 7** 左江 ZJ 0.004 5 0.001 0 0.001 1 0.001 9 0.000 8 0.000 3 注：对角线为群体内遗传距离；对角线左下方表示群体间遗传距离；对角线右上方表示FST；*. P<0.05，差异显著；**. P<0.01，差异极显著；下表同此 Note: The diagonal is the genetic distance within the population; and below the diagonal is the genetic distance between the populations; above the diagonal is the genetic differentiation coefficient (FST). *. P<0.05, difference is significant; **. P<0.01, difference is extremely significant. The same case in the following tables. 表 3 群体间变异来源分析Table 3 Analysis of variation sources among populations变异来源
Variation source自由度
df平方和
SS方差组分
Variance component变异百分率
Percentage of variation/%统计量
Statistical magnitude (F)基因流
Gene flow (Nm)6个江段
Six populations群体间 5 72.803 0.625 2Va 46.14 0.461 4** 0.583 6 群体内 133 97.067 0.729 8Vb 53.86 总体 138 169.871 1.355 1 2个分支
Two pedigrees群体间 1 101.613 3.082 2Va 86.08 0.860 9** 0.080 8 群体内 137 68.257 0.498 2Vb 13.92 总体 138 169.871 3.580 5 2.4 单倍型系统树与网络结构
单倍型网络结构 (图1) 和单倍型系统树 (图2) 表现出较高的一致性。20个单倍型主要分为两大支，分支Ⅱ以单倍型Hap1为中心，此分支中4个单倍型均经过一步突变连于Hap1，由红水河群体近一半个体和右江群体的少数个体构成；分支Ⅰ 又分为2个小分支，分别为以Hap3为中心的小分支Ⅰ -1和Hap11为中心的小分支Ⅰ -2，小分支Ⅰ -1包括红水河群体另一半个体、柳江大部分个体，西江大部分个体以及右江、郁江和左江群体个别个体；小分支Ⅰ -2包括柳江和西江群体个别个体、右江、郁江和左江群体大部分个体。分支I遗传距离为0.0024，分支Ⅱ遗传距离为0.0019，两分支间遗传距离为0.0075，分别是分支I和Ⅱ的3.19和3.96倍，未达到10倍。单倍型网络结构和单倍型的NJ系统树拓扑结构显示不同地理群体个体来源的单倍型混杂分布，未能观察到明显的地理聚群。
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图 1 卷口鱼单倍型网络结构图圆面积代表单倍型出现的频率，彩色扇形代表各群体在同一单倍型中所占比例Fig. 1 Haplotype network structure of P. jordaniThe circle portion represents the frequencies of haplotype and the colored portion represents the percentage of haplotype of each population.2.5 群体动态分析
Fu's Fs 检验支持卷口鱼群体经历过种群扩张 (Fu's Fs=−6.572 5, P=0.022 0)，而Tajima's D检验则未检测到种群扩张 (Tajima's D=−1.082 8, P=0.113 0)。核苷酸错配分布图表明，除了红水河与右江群体外，其余江段群体可能都经历了种群扩张事件 (表4，图3)。推算出西江流域广西境内各江段卷口鱼发生种群扩张时间为0.070~0.187 Ma。
表 4 卷口鱼Cytb基因Tajima's D和Fu's Fs检验Table 4 Tajima's D and Fu's Fs test of P. jordani Cytb gene群体
PopulationTajima's D Fu's Fs Hri SSD Tau 扩张时间
Expansion of time/Ma红水河 HSH 0.698 8 −0.376 2 0.107 0 0.073 9 7.515 6 − 柳江 LIUJ −1.929 4** −6.220 1** 0.319 0 0.002 3 3.000 0 0.187 4 西江 XIJ −1.667 1* −1.344 6* 0.061 7 0.000 8 1.158 2 0.072 4 右江 YOUJ −0.186 8 0.452 7 0.091 0 0.060 9 9.308 6 − 郁江 YUJ −0.933 8 −2.663 0* 0.105 9 0.008 4 1.123 1 0.070 2 左江 ZJ −1.480 7 −1.475 3* 0.277 0 0.005 9 3.000 0 0.187 4 总计 Total −1.082 8 −6.572 5* 0.054 2 0.026 2** 1.308 6 0.081 8 3. 讨论
3.1 Cytb基因结构
测序结果表明，卷口鱼Cytb基因的序列全长为1 053 bp，略长于范凤娟等[8]对珠江水系43尾卷口鱼所测的Cytb基因 (1 041 bp) 。其中4种碱基T、C、A、G的平均含量分别为29.1%、27.7%、29.3%、13.9%，A+T (58.4%) 高于C+G (41.6%)，表现出较强的少G偏倚性。这与已报道的其他鱼类Cytb基因碱基比例类似，如黄河裸裂尻鱼 (Schizopygopsis pylzovi) G碱基含量为17.0%[19]，滁州鲫 (Carassius auratus gibelio) G碱基含量为14.5%[20]。卷口鱼Cytb基因部分序列均未检测到插入或缺失位点，22个变异位点中有21个为转换，1个为颠换，转颠换比R为21。Wolstenhome和Clary[21]认为，转颠换的偏倚性可能与序列间的差异存在着一定的相关性，即转颠换的比率与物种从共同祖先进化的时间成反比，由此可以推断西江流域的卷口鱼有效种群是在近期由单一、少数的种群建立的。
3.2 遗传多样性分析
单倍型多样性和核苷酸多样性是评估物种遗传多样性的2个重要参数[22-23]。本研究中基于Cytb基因序列对西江流域广西境内6个地理群体的卷口鱼遗传多样性进行分析，结果得到的平均单倍型多样性为0.768 2，平均核苷酸多样性为0.002 3，表现出高单倍型多样性、低核苷酸多样性的特点 (表1)。与以Cytb 基因为分子标记的同一流域的其他鱼类相比，该结果高于青鱼 (Mylopharyngodon piceus) 群体 (h=0.583 33, π=0.001 59)[24]和草鱼 (Ctenopharyngodon idellus) 群体 (h=0.706, π=0.00104)[25]，这可能是由于西江流域广西境内大部分河段水文条件适宜卷口鱼繁殖而不适宜青鱼、草鱼繁殖所造成。此外，其略低于上层杂食性鱼类赤眼鳟 (Spualiobarbus curriculus) 群体 (h=0.882, π=0.002 76)[26]和鲮 (Cirrhinus molitorella) 群体 (h=0.826, π=0.003 32)[27]，远低于外来物种翘嘴鲌 (Culter alburnus) 群体 (h=0.873 57, π=0.009 0)[28]。赤眼鳟、鲮均为杂食性鱼类，并且其游泳速度较快、活动范围广，更有利于食物的获得及躲避敌害；而翘嘴鲌为外来物种，缺乏能有效限制其种群发展的天敌，并且江河鱼类小型化趋势日益严重，为其食物的摄入提供了更加有利的条件，这可能是其群体遗传多样性的保存较卷口鱼好的原因之一。鱼类的遗传多样性与其能否自然繁殖、食性广谱、生态位、物种进化地位等息息相关[29]，通过与该流域其他鱼类Cytb研究结果的比较也验证了这一点。范凤娟等[8]对柳江 (柳州)、红水河 (合山) 的卷口鱼Cytb基因遗传多样性进行分析，得出柳江群体h=0.583 0, π=0.000 6；红水河群体h=0.396 0, π=0.000 4；高于本研究的柳江群体 (h=0.274 4, π=0.000 4) 而低于红水河群体 (h=0.748 7, π=0.003 3)，柳江群体遗传多样性仍在下降，红水河群体遗传多样性有所回升。
3.3 遗传变异分析
单倍型之间的遗传距离是衡量一个物种或群体的mtDNA变异程度的重要指标，是评价群体间遗传变异程度的可靠参数，遗传距离越大表明群体间亲缘关系越远[30]。本研究中6个卷口鱼群体间遗传距离为0.000 6~0.005 0，各群体内的遗传距离为0.000 3~0.003 3，遗传距离较小，且群体间遗传距离与群体内遗传距离无明显差异，说明西江流域的6个卷口鱼群体间有较近的亲缘关系 (表2)。单倍型NJ树和单倍型网络图显示，卷口鱼群体间存在明显的分支结构，分支Ⅱ以单倍型 Hap1为中心，由红水河群体近一半个体和右江群体的少数个体构成；其余个体构成以Hap3为中心的分支Ⅰ，未能观察到明显的地理聚群 (图1)。Hebert等[31] 提出种间遗传距离超过种内遗传距离10倍以上可能有种化趋势，本研究中两分支存在显著较高的遗传分化，但两分支间与两分支内的遗传距离及比值均远低于10，表明两分支未达到种或亚种分化，因此认为西江流域广西境内的卷口鱼仍属于1个种群。
群体遗传学认为，FST是测量群体间遗传分化的重要参数，不同的FST代表不同程度的分化：FST<0.05，无遗传分化；0.05<FST<0.15，较小遗传分化；0.15<FST<0.25，中度遗传分化；FST>0.25，遗传分化较大[32-33]。本研究中6个卷口鱼地理群体间的遗传分化系数介于0.000 5~0.667 0，左江与柳江群体间的遗传分化程度最大，柳江与西江群体间的遗传分化程度最小 (表2)。两两江段群体间的遗传分化值显示，除了左江与右江群体、柳江与西江群体间不存在显著的遗传分化外 (P>0.05)，其余各江段群体间均存在显著 (P<0.05) 或极显著 (P<0.01) 的遗传分化，特别是红水河群体与其他群体间均存在显著的遗传分化，这可能是卷口鱼的定居性与水坝阻隔群体间基因交流造成的。红水河自上而下分布着岩滩、大化、白龙滩、乐滩等多个梯级水电站，造成了一定的地理隔绝从而阻碍群体间的基因交流，也是导致其与其他群体遗传分化较大的最直接原因[34]。有学者调查发现，黄渤海细条天竺鲷 (Apogonichthys lineatus) 种群无显著的遗传分化 (FST介于0.015~0.067)[35]，南海海域短尾大眼鲷 (Priacanthus macracanthus) 种群遗传分化程度较低 (FST=0.012)[36]。一般认为，近海鱼类由于洄游与洋流作用，几乎不存在地理阻隔，因此具有较小的遗传分化；而地理阻隔对鱼类的遗传分化具有一定的促进作用，如皖南山区由于地形复杂，水域生境零星分布，栖息于其中的温州光唇鱼 (Acrossocheilus wenchowensis) 种群由于存在地理阻隔，群体间具有极显著的遗传分化 (FST介于0.291 6~0.978 2)[37]。综上，空间距离与地理阻隔对鱼类的遗传分化具有一定的促进作用。
3.4 种群动态
应用Tajima's D与Fu's Fs中性检验推测种群历史时，如果Tajima's D与Fu's Fs均呈负值，且达到显著差异 (P<0.05)，则说明序列中含有比中性进化模型更多的核苷酸位点变化，可能预示着被研究种群曾经历过一个扩张历史[38]。本研究中6个江段的卷口鱼群体整体Fu's Fs和Tajima's D均为负值，其中Fu's Fs检验显著偏离中性 (P<0.05)，而Tajima's D为不显著 (P>0.05)，但在相同条件下，Fu's Fs检验对种群扩张事件更为敏感，并且其核苷酸错配分布图呈现为一条不完整平滑曲线，且只有一个明显单峰，说明卷口鱼总种群经历过种群扩张事件 (表4，图3)。就各江段而言，除红水河与右江群体外，其余江段的Fu's Fs为显著负值 (P<0.05)，且核苷酸错配分布图为单峰，以上结果都预示着后者经历了种群扩张事件，扩张时间大约在0.070~0.187 Ma，该时期处于更新世中晚期。有调查显示，我国华南地区在中更新世期间 (0.786~0.126 Ma) 经历了多次冰期，当时气候变冷、海平面下降、食物紧缺，不利于生物的生存繁衍[39]。冰期褪去后的间冰期，即后更新世期间 (0.126~0.018 Ma)，气候回暖，营养物质丰富，大大促进了物种的种群扩张[40]。因此，更新世冰期与间冰期循环导致的气候波动可能是影响西江流域卷口鱼种群动态历史的原因之一。
综上所述，基于线粒体Cytb基因序列对西江流域广西境内的卷口鱼遗传多样性分析发现，总群体的分化程度较大，但仍属于一个种群，柳江和左江群体遗传多样性较低。与历史资料相比，柳江群体遗传多样性仍在下降，红水河群体遗传多样性有所回升。其中空间距离与地理阻隔对卷口鱼的遗传分化具有一定的促进作用。
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图 1 基尔霍夫近似模型坐标系结构示意图[25]
注：a. 侧向等距离切片；b. 腹背向等距离切片；c. 第j个体积单元；d. 坐标 (x, z) 向坐标 (u, v) 转化。
Figure 1. Geometric construction of acoustic fish models
Note: a. Lateral isometric slice; b. Abdominal and dorsal isometric section; c. jth element; d.Rotation of (x, z) to (u, v) coordinats.
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图 4 大黄鱼样本背向、侧向X光影像及基尔霍夫近似模型切片处理示意图
Figure 4. Back and side X-ray images of L. crocea samples and schematic diagram of Kirchhoff Approximation Model slice processing
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图 5 不同频率2个样品的目标强度随姿态倾角变化
Figure 5. Change of target intensity with attitude inclination of two samples at different frequencies
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图 6 角度分布为N [−5°, 10°] 时10尾大黄鱼在0~200 kHz频率带内的宽频目标强度谱图
Figure 6. Broadband TS spectrum of 10 individuals of L. crocea estimated by using pitch angle distribution N [−5°,10°] within frequency range of 0−200 kHz
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图 7 目标强度-体长拟合公式及散点图
Figure 7. Target strength-body length fitting formula and scatter plot
表 1 环境参数与海水鱼类声学参数
Table 1 Environmental parameters and acoustic parameters of marine fish
介质
Medium密度
Density/(kg·m−3)声速
Sound speed/(m·s−1)海水 Seawater 1 030 1 490 鱼体 Fish body 1 070 1 570 鱼鳔 Swim bladder 1.24 345 
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表 2 样品鱼形态学信息
Table 2 Morphological information of sample fish
编号
No.全长
Total length/cm体长
Body length/cm体质量
Body mass/g1 28.20 25.11 290 2 28.40 25.23 300 3 25.30 22.43 232 4 27.20 24.17 270 5 28.10 24.02 296 6 29.00 25.46 308 7 30.50 27.20 320 8 31.20 26.33 326 9 38.00 35.72 448 10 35.80 32.65 450
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表 3 样品鱼的形态学参数
Table 3 Morphological parameters of sample fish
编号
No.体长
Body length/cm体宽
Body width/cm体高
Body height/cm鳔长
Bladder length/cm鳔宽
Bladder width/cm鳔高
Bladder height/cm体鳔夹角
Tilt angle/(°)1 25.11 4.67 7.36 9.54 1.56 1.31 14.89 2 25.23 4.54 7.19 8.26 1.39 1.22 14.72 3 22.43 3.90 6.72 8.20 1.41 1.11 14.10 4 24.17 4.54 7.39 8.15 1.42 1.34 16.01 5 24.02 4.55 7.45 8.89 1.60 1.65 12.60 6 25.46 4.37 7.24 8.71 1.33 1.50 17.85 7 27.20 4.25 7.07 9.66 1.55 1.52 16.11 8 26.33 4.65 7.56 8.95 1.36 1.89 17.55 9 35.72 5.87 10.13 12.16 1.89 2.09 17.44 10 32.65 6.14 9.97 10.88 2.10 2.06 13.88 平均值 Mean 26.83 4.75 7.81 9.34 1.56 1.57 15.52
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表 4 姿态倾角概率密度函数为正态分布 (−5°, 10°) 时不同频率下大黄鱼的平均目标强度
Table 4 Average target strength of L. crocea at different frequencies at a normal attitude in clination probablity density function (−5°, 10°)
编号
No.体长
Body length/cm目标强度均值Average target strength/dB 回归系数 b20 38 kHz 70 kHz 120 kHz 200 kHz 38 kHz 70 kHz 120 kHz 200 kHz 1 25.11 −45.74 −46.08 −43.31 −41.47 −73.74 −74.08 −71.31 −69.47 2 25.23 −46.15 −46.77 −44.04 −42.14 −74.19 −74.81 −72.08 −70.18 3 22.43 −46.82 −47.97 −45.58 −43.92 −73.84 −74.99 −72.60 −70.94 4 24.17 −46.56 −47.15 −44.59 −42.56 −74.23 −74.82 −72.26 −70.23 5 24.02 −46.23 −47.09 −44.17 −42.65 −73.84 −74.70 −71.78 −70.26 6 25.46 −46.39 −47.09 −44.63 −42.66 −74.51 −75.21 −72.75 −70.78 7 27.20 −45.24 −45.94 −43.58 −41.45 −73.93 −74.63 −72.27 −70.14 8 26.33 −45.60 −46.05 −43.50 −41.39 −74.01 −74.46 −71.91 −69.80 9 35.72 −43.60 −41.43 −40.32 −37.95 −74.66 −72.49 −71.38 −69.00 10 32.65 −43.96 −42.96 −41.22 −39.04 −74.24 −73.24 −71.50 −69.32 平均值 Mean 26.83 −45.55 −45.77 −43.35 −41.45 −74.12 −74.34 −71.98 −70.01
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