The attraction effects of hexahedral cone shaped artificial reef model on Plectorhynchus goldmanni under three kinds of illumination
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摘要:
为了解不同光照条件下人工鱼礁的集鱼效果，观察了自然光、55 W和26 W 3种光照条件下在试验水槽内六面锥型罩式水泥人工鱼礁模型对花尾胡椒鲷(Plectorhynchus cinctu)的诱集效果。结果表明，在未投入礁体模型情况下，试验鱼出现的密集区位于水槽左端区域，试验鱼在此区域的平均出现率分别为61.60%(自然光)、81.61%(55 W)和82.07%(26 W)，而试验鱼在空白礁区的出现率均低于5%；放入礁体模型后，鱼礁区试验鱼的出现率分别上升至37.60%(自然光)、23.56%(55 W)和15.75%(26 W)，而原密集区试验鱼的平均出现率分别下降至23.47%(自然光)、71.61%(55 W)和67.59%(26 W)。统计数据显示，六面锥型罩式水泥人工鱼礁模型对花尾胡椒鲷具有显著的诱集作用，其诱集效果随着光照强度的降低而减弱。
Abstract:In this paper, a concrete-made artificial reef model with the shape of hexahedral cone was put into the experimental tank to observe the attraction effects of the artificial reef model on Plectorhynchus cinctu under three illumination conditions of natural illumination, 55 W and 26 W. The results showed that without the artificial reef model in the trough, the fish tended to stay in the areas on the left of the trough. The average occurring rate of the fish in these areas under the 3 different kinds of illumination were 61.60% (natural illumination), 81.61% (55 W) and 82.07% (26 W), but it was less than 5% inside the blank reef areas.After the artificial model was put into the troughs, the average occurring rate of the fish inside the reef areas increased to 37.60% (natural illumination), 23.56% (55 W) and 15.75% (26 W), while that in the left areas of the trough reduced to 23.47% (natural illumination), 71.61% (55 W) and 67.59% (26 W).The results showed that the hexahedral cone shaped artificial reef model had obvious attraction effects on P.cinctu under the three kinds of illumination, and the attraction effects reduced with the weakening of illumination.
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人工鱼礁是人们为了诱集并捕捞鱼类，保护增殖鱼类等水产资源，改善水域环境，进行休闲渔业等活动而有意识地设置于预定水域的构造物[1]。中国现代人工鱼礁的建设，起步于20世纪70年代后期，目前正处于大规模建设和发展阶段。然而，对人工鱼礁集鱼效果的基础研究仍然是一个较为薄弱的环节。国内外对人工鱼礁集鱼效果的研究，主要是通过海上资源调查和潜水观察等方式进行[2-11]。采用模型试验来研究人工鱼礁对主要岩礁性鱼类行为影响和诱集效果的报道，在国内外还较少[12-19]，而通过控制不同的光照条件进行人工鱼礁模型诱集鱼类的试验研究，目前尚未见到报道。
花尾胡椒鲷(Plectorhynchus cinctu)是中国南海重要的岩礁性经济鱼种，属暖温性近海中下层鱼类。近年来由于过度采捕和环境变化，其资源量急剧下降。因此，采取必要的保护措施显得尤为重要，如通过投放人工鱼礁建设海洋牧场，为这些典型的岩礁性鱼类营造适宜栖息的环境。笔者采用鱼类行为学的研究方法，观测了3种不同光照条件下六面锥型罩式水泥礁模型对花尾胡椒鲷的诱集效果，以期为今后人工鱼礁的优化设计和海域人工鱼礁区实际集鱼效果的评价提供参考。
1. 材料与方法
1.1 试验用鱼的驯养
试验用鱼为南海海域自然生长的花尾胡椒鲷，体长7.1~10.5 cm，体质量15.2~25.1 g，选取体质健康的50尾在水槽中暂养72 h后，随机选取30尾进行试验。
1.2 试验装置
在中国科学院大亚湾海洋生物综合实验站的棚遮式试验水槽进行试验，水槽的规格为4.0 m×1.04 m×0.80 m(长×宽×高)。水槽底部用有色胶带将水槽内分割成间隔相等的10个区域(编号A1~A10，图 1)，水槽右端为木质挡板，左端为瓷砖贴面并且有一个长度为0.7 m的PVC下水管。试验时水深保持在0.7 m，并确保连续水交换。水槽周围使用活动式遮光布遮盖，利用更换光源来调节光照强度。
试验用的仪器主要包括GW0107彩色水下摄像系统、SONY T100数码相机、ZDS-10型照度计、YSI 556型便携多参数水质检测仪及充气泵等。
1.3 模型礁
此次试验选取深圳杨梅坑人工鱼礁区实际使用的六面锥型罩式水泥礁体制作模型，即模型C(图 2)。模型C体积为原礁体的1/1 000，上边长0.2 m，下边长0.25 m，高0.4 m，底板宽0.05 m，厚0.02 m，体积0.037 1 m3。
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图 2 六面锥型罩式水泥礁礁体模型图(模型C)Figure 2. Hexahedron cone shaped artificial reef model(model C)1.4 试验条件
礁体模型C的集鱼效果试验包括自然光、26 W和55 W节能灯等3组试验，每组试验均设一个对照组(即试验条件相同但不放礁体)。自然光条件下，除晚上18：00以后，光照强度一般均在100 lx以上，最高可达到2 000 lx；在55 W灯光照射条件下，光照强度最大的区域(水槽中线附近，下同)为100 lx左右，而区域的边角光照为50 lx左右；在26 W灯光照射条件下，强光区在60~70 lx之间，弱光区在20~30 lx之间。每组试验观测时间为自然光照条件下8：00到20：00；26 W和55 W光照条件下为上午8：00至晚上22：00。每30 min用数码相机拍照1次，并记录试验鱼在各区分布情况，同时采用3台GW0107彩色水下摄像系统进行全程视频记录。试验期间水槽内的水温25.5~28.5 ℃，盐度23~30，pH 7.74~7.83。
1.5 数据处理
鱼的平均出现率(P)为鱼在某区出现的总次数占鱼在各区出现的总次数的百分比，即
$$ P=\frac{\sum\limits_{i=1} N_i}{\sum\limits_{i=1} n_i} \times 100 \% $$ 其中Ni为第i次试验时鱼在某区的出现次数；ni为第i次(i﹤30)试验中鱼出现在各区的总次数。所获得的数据，均在DPS中用方差分析中的Duncan′s新复极差测验的多重比较方法进行比较分析。
2. 结果
2.1 对照组(无礁体模型)试验
自然光照条件下，试验鱼在水槽左端A1和A6区的平均出现率分别为45.47%和16.13%，而在空白礁区A3和A8区出现的概率仅为2.67%和0.93%(图 3和表 1)。统计检验结果表明，左端A1和A6区与其他区的差异极显著(P < 0.01)，此外，空白鱼礁区A3和A8区与A5和A10区的差异显著(P < 0.05)，与其他区的差异均不显著。
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图 3 3种光照条件下对照组(无礁体模型时)试验鱼在各区的累计出现次数Figure 3. The fish cumulative occurring number of control group(without reef)in each area under three kinds of illumination condition表 1 3种光照条件下对照组(无礁体模型时)试验鱼在各区的出现频次(平均值±标准差)Table 1. The fish occurrence frequency of control group (without reef) in each area under区域
area自然光照
natural illumination光照 illumination 55 W 26 W A1 13.64±5.74aA 7.34±4.07bB 7.69±6.05bB A2 2.60±3.66cBC 0.21±0.49cC 0.24±0.57cC A3 0.80±0.86cC 0.41±0.78cC 0.38±0.62cC A4 1.40±2.29cC 0.52±0.99cC 0.41±0.73cC A5 2.44±2.48cBC 0.86±3.14cC 0.52±1.42cC A6 4.83±4.55bB 17.14±5.03aA 16.93±6.04aA A7 0.92±1.35cC 0.69±0.76cC 1.45±1.59cC A8 0.28±0.79cC 0.79±1.21cC 0.90±1.51cC A9 1.24±3.13cC 0.76±0.83cC 0.72±0.92cC A10 1.84±5.15cC 1.28±1.79cC 0.76±1.68cC 注：完全不同的小写字母表示同一种鱼(同一试验组)在不同区间平均出现率差异显著(P < 0.05)；完全不同的大写字母表示同一种鱼(同一试验组)在不同区间平均出现率差异极显著(P < 0.01)，后表同此
Note：Statistics with different lowercases mean that there was significant difference in the average incidence rate in the same fish or group among different areas(P < 0.05), while the statistics with different uppercases mean that there was very significant difference (P < 0.01).The same case in the following table.55 W光照条件下，试验鱼在水槽左端A1和A6区的平均出现率分别为24.48%和57.13%，而在空白礁区A3和A8区出现的概率仅为1.38%和2.64%。统计检验结果表明，A1和A6区与其他区的差异极显著(P < 0.01)，而A3和A8区与其他区的差异均不显著。
26 W光照条件下，试验鱼在水槽左端A1和A6区的平均出现率分别为25.63%和56.44%，而在空白礁区A3和A8区出现的概率仅为1.26%和2.99%。统计检验结果表明，A1和A6区与其他区的差异极显著(P < 0.01)，而A3和A8区与其他区的差异均不显著。
根据上述试验结果可知，在3种不同光照条件下，3个对照组(无礁体模型)的试验鱼分布趋势较为相似，试验鱼大部分出现在水槽的左端，在A1和A6 2区的出现率分别为61.60%(自然光)、81.61%(55 W)和82.07%(26 W)。
2.2 礁体模型C诱集试验
与对照组(无礁体模型)试验相比较，水槽内放入礁体C模型后，3种光照条件下试验鱼在礁区的平均出现率均有所增加，而在水槽左端的出现率则有所下降(图 4和表 2)。
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图 4 3种光照条件下投入模型C礁后试验鱼在各区的累计出现次数Figure 4. The fish cumulative occurring number in each area with artificial reef model C under three kinds of illumination condition表 2 3种光照条件下投入模型C礁后试验鱼在各区的出现频次(平均值±标准差)Table 2. The fish occurrence frequency in each area with artificial reef model C under three kinds of illumination condition(Mean±SD)区域
area自然光照
natural illumination光照 illumination 55 W 26 W A1 3.16±3.78bcdBC 10.07±3.07bB 8.79±2.65bB A2 2.92±4.32bcdBC 0.17±0.47dD 0.72±0.75dD A3 6.40±5.09aA 3.90±1.52cC 2.38±1.05cC A4 2.88±4.55bcdBC 0.07±0.26dD 0.75±1.12dD A5 1.80±3.50cdBC 0.79±1.82dD 0.55±0.69dD A6 3.88±3.46bcABC 11.41±2.18aA 11.48±2.64aA A7 0.84±2.21dC 0.10±0.41dD 1.14±0.79dD A8 4.88±4.18abAB 3.17±1.26cC 2.34±1.11cC A9 1.92±3.23cdBC 0.72±0.38dD 1.31±1.34dCD A10 1.32±2.78cdC 0.14±0.74dD 0.52±0.78dD 自然光照条件下，礁区A3和A8区的试验鱼平均出现率为37.60%，而水槽左端A1和A6区的平均出现率降至23.47%；除A7区外，其他区的平均出现率均有所提高。55 W光照条件下，礁区的平均出现率为23.56%，而A1和A6区的则下降至71.61%。26 W光照条件下，礁区的平均出现率为15.75%，而A1和A6区的则下降至67.59%。
自然光照条件下，试验鱼在A3和A8区的平均出现率与A6区差异显著(P < 0.05)，与其他区差异极显著(P < 0.01)，礁区试验鱼的出现频次占明显优势。55 W光照条件下，试验鱼在A1和A6区的平均出现率与其他区差异极显著(P < 0.01)，其出现频次最高；而A3和A8区的平均出现率也与其他区的差异极显著(P < 0.01)。26 W光照条件下与55 W条件下的平均出现率相似，A1和A6区与其他区，以及A3和A8区与其他区的差异极显著(P < 0.01)。3种不同光照条件之间，自然光条件下礁区(A3和A8)试验鱼的平均出现率与另外2种光照下的差异极显著(P < 0.01)，而55 W光照条件下礁区试验鱼的平均出现率也与26 W条件下的差异显著(P < 0.05)。
3种光照条件下鱼在水槽各区域的分布情况：无礁体模型时水槽左端区域试验鱼的平均分布率最高，但放入礁体模型后其分布率有所下降，而其他区的分布率均有所上升，其中试验鱼在模型礁区(A3和A8)的平均分布率上升最为明显。对比礁区(A3和A8)试验鱼的出现概率发现，未放入礁体模型时试验鱼在空白礁区(A3和A8)的平均分布率较低(低于5%)，放入礁体模型后，礁区(A3和A8)的平均分布率大幅度上升(超过15%) (图 5)。尤其在自然光条件下，放入礁体模型后，礁区(A3和A8)试验鱼的平均分布率达到37.6%。统计数据表明，随着光照强度的减弱，礁区内试验鱼出现的次数也随之减少，六面锥型罩式水泥礁模型对试验鱼的诱集效果随着光照强度降低而减弱。
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图 5 3种光照条件下礁区试验鱼的平均出现率Figure 5. Comparison of fish occurring rates in blank reef area and artificial reef area under three kinds of illumination condition3. 讨论
在未投放鱼礁模型C以前，试验鱼大部分时间出现在水槽左端，并且聚集成群在下水管周围游动。这种现象可能与花尾胡椒鲷的生活习性有关。花尾胡椒鲷属于中下层鱼类，喜欢暗的区域，而在3种光照条件下水槽左端边角的光线比较暗。水槽的左端为瓷砖结构，有一根下水管，另外在左端一角装置了摄像头，增加了此端的表面积，也增加了试验鱼的躲避空间。因此，试验鱼在未投放礁体以前大部分均在A1和A6区活动，特别是在装有摄像头的角落停留最多。陈勇等[12-13]通过研究不同结构的模型礁对许氏平鲉(Sebastods schlegeli)幼鱼的诱集效果和对幼鲍(Haliotis)、幼海胆(Hemicentrotus pulcherrimus)行为的影响后认为，许氏平鲉幼鱼以及幼鲍、幼海胆均喜欢出现在阴影较多以及有利隐蔽的地方，且光照对其影响较大，这与此试验的研究结果一致。未投放礁体前，对比3种光照条件下试验鱼的行为发现，试验鱼在3种光照条件下的分布并无明显区别，这可能与水槽内仅有一处阴影较大且有利于躲避的角落有关。
田中惯等[20]在对鱼礁渔场的鱼类生态研究后认为，鱼群的聚集活动与索饵和逃避行为密切相关，鱼礁周围鱼的行为，主要是由饵料密度、可能逃避空间的有无以及索饵欲求等生理状态所决定的，而逃避敌害、索饵和休息、嬉戏是鱼类幼稚时期的主要活动。此试验选取的六面锥型罩式水泥模型礁，其特点是有效空间较大，遮盖效果较好。从此次试验的结果来看，放入礁体模型以后，由于模型礁具有的遮盖效果和阴影效果有利于试验鱼的躲避和栖息，所以水槽左端试验鱼的平均出现率有所下降，其他区域则均有所提高，其中以礁区(A3和A8)的提高幅度最大，增幅达3倍以上。这与陈勇等[12]、吴静等[14]、何大仁等[15-16]和张硕等[17]的研究结果一致，表明模型C礁对试验鱼也具有较强的诱集效果。
3种光照条件下，投放礁体模型以后，由于自然光照条件下光照强度较强，模型礁也产生了较强的阴影效应，因而在礁区试验鱼的出现次数最多；而55 W和26 W灯光下的光照强度均低于自然光照强度，随着光照强度的减弱，礁区内试验鱼出现的次数也随之降低。数据表明，六面锥型罩式水泥礁模型对试验鱼的诱集效果随着光照强度降低而减弱。这主要是由于试验鱼将鱼礁作为其逃避敌害的隐蔽场所或栖息地，且有可能与试验鱼昼伏夜出的生活习性有关，因此，鱼对自然光照条件下鱼礁模型的动态阴影适应性较强，而对恒定光照下的固定阴影适应性较弱。
此外，人工鱼礁对鱼类行为的影响，礁体的集鱼效果和鱼类本身的生活习性(如触觉、听觉和嗅觉等)的关系，以及天气的改变、礁区周围水流的改变和海底底质、饵料生物等复合因素对其也有影响。这些问题都需要作进一步的研究。
4. 小结
1) 在未投放礁体模型时，3种不同光照条件下试验鱼的密集区均出现在水槽的左端(区域A1和A6)，出现率分别为61.60%(自然光)、81.61%(55 W)和82.07%(26 W)，而试验鱼在空白礁区(区域A3和A8)的平均出现率均低于5%。
2) 放入鱼礁模型后，鱼礁区(区域A1和A6)试验鱼的出现率分别上升至37.60%(自然光)、23.56%(55 W)和15.75%(26 W)，而原密集区A1和A6试验鱼的平均出现率分别下降至23.47%(自然光)、71.61%(55 W)和67.59%(26 W)。
3) 统计数据显示，六面锥型罩式水泥人工鱼礁对花尾胡椒鲷具有显著的诱集作用，且其诱集效果随着光照强度降低而减弱。
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图 2 六面锥型罩式水泥礁礁体模型图(模型C)
Figure 2. Hexahedron cone shaped artificial reef model(model C)
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图 3 3种光照条件下对照组(无礁体模型时)试验鱼在各区的累计出现次数
Figure 3. The fish cumulative occurring number of control group(without reef)in each area under three kinds of illumination condition
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图 4 3种光照条件下投入模型C礁后试验鱼在各区的累计出现次数
Figure 4. The fish cumulative occurring number in each area with artificial reef model C under three kinds of illumination condition
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图 5 3种光照条件下礁区试验鱼的平均出现率
Figure 5. Comparison of fish occurring rates in blank reef area and artificial reef area under three kinds of illumination condition
表 1 3种光照条件下对照组(无礁体模型时)试验鱼在各区的出现频次(平均值±标准差)
Table 1 The fish occurrence frequency of control group (without reef) in each area under
区域
area自然光照
natural illumination光照 illumination 55 W 26 W A1 13.64±5.74aA 7.34±4.07bB 7.69±6.05bB A2 2.60±3.66cBC 0.21±0.49cC 0.24±0.57cC A3 0.80±0.86cC 0.41±0.78cC 0.38±0.62cC A4 1.40±2.29cC 0.52±0.99cC 0.41±0.73cC A5 2.44±2.48cBC 0.86±3.14cC 0.52±1.42cC A6 4.83±4.55bB 17.14±5.03aA 16.93±6.04aA A7 0.92±1.35cC 0.69±0.76cC 1.45±1.59cC A8 0.28±0.79cC 0.79±1.21cC 0.90±1.51cC A9 1.24±3.13cC 0.76±0.83cC 0.72±0.92cC A10 1.84±5.15cC 1.28±1.79cC 0.76±1.68cC 注：完全不同的小写字母表示同一种鱼(同一试验组)在不同区间平均出现率差异显著(P < 0.05)；完全不同的大写字母表示同一种鱼(同一试验组)在不同区间平均出现率差异极显著(P < 0.01)，后表同此
Note：Statistics with different lowercases mean that there was significant difference in the average incidence rate in the same fish or group among different areas(P < 0.05), while the statistics with different uppercases mean that there was very significant difference (P < 0.01).The same case in the following table.
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表 2 3种光照条件下投入模型C礁后试验鱼在各区的出现频次(平均值±标准差)
Table 2 The fish occurrence frequency in each area with artificial reef model C under three kinds of illumination condition(Mean±SD)
区域
area自然光照
natural illumination光照 illumination 55 W 26 W A1 3.16±3.78bcdBC 10.07±3.07bB 8.79±2.65bB A2 2.92±4.32bcdBC 0.17±0.47dD 0.72±0.75dD A3 6.40±5.09aA 3.90±1.52cC 2.38±1.05cC A4 2.88±4.55bcdBC 0.07±0.26dD 0.75±1.12dD A5 1.80±3.50cdBC 0.79±1.82dD 0.55±0.69dD A6 3.88±3.46bcABC 11.41±2.18aA 11.48±2.64aA A7 0.84±2.21dC 0.10±0.41dD 1.14±0.79dD A8 4.88±4.18abAB 3.17±1.26cC 2.34±1.11cC A9 1.92±3.23cdBC 0.72±0.38dD 1.31±1.34dCD A10 1.32±2.78cdC 0.14±0.74dD 0.52±0.78dD
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