Гидроакустические технологии дистанционного управления поведением рыб в рыбоводстве

УДК 534.883:639.2.081.9

ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОВЕДЕНИЕМ РЫБ В РЫБОВОДСТВЕ

Ю.А. Кузнецов, В.В. Поленюк, Дальрыбвтуз; М.Ю. Кузнецов, ТИНРО-Центр, Владивосток

В статье обсуждаются возможности использования гидроакустических технологий для сохранения рыб заводского выращивания в естественной среде обитания и защиты пополнения (нереста) проходных объектов, включающих технические средства дистанционного управления движением рыб и инструментальные средства дистанционного контроля объектов выращивания или нереста. Такой гидроакустический комплекс, состоящий из дистанционных (бесконтактных) средств пассивного контроля и активного воздействия на рыб, позволит автоматизировать процесс управления поведением объектов выращивания (нереста), контроля перемещения и наращивания биомассы нагуливающихся рыб, что может существенно повысить эффективность

рыбоводства.

Интенсивное освоение морских биоресурсов часто приводит к необратимым последствиям. Депрессии многих промысловых стад в большинстве случаев связаны с совокупным влиянием промыслового пресса и неблагоприятными условиями нереста и инкубации, особенно объектов, нерестящихся в прибрежных районах. Поэтому для восстановления естественных популяций гидробионтов в условиях изменения среды обитания и биотопической деградации

рыбохозяйственных водоемов особое значение приобретают возможность пространственного регулирования ряда биологических процессов и правильно организованная защита мест нагула и нереста рыб.

В настоящее время существуют хорошо развитые технологии выращивания посадочного материала на рыбоводных заводах и в питомниках. Однако дальнейшее расселение рыб, например, при

выпуске молоди в морскую бухту или в закрытый водоем на пастбищное подращивание, сопровождается большими потерями

численности интродукции. При этом часто причиной потери заводской молоди является использование пастбищной группировкой акватории с недостаточной кормовой базой, неблагоприятными гидрологическими условиями, наличием хищников, отсутствием убежищ, защиты от штормов и т.п.

Кроме этого, значительное влияние на пополнение многих промысловых объектов, например проходной сельди, корюшки и других, нерест которых проходит в прибрежной зоне, оказывают

условия их воспроизводства. В результате антропогенного воздействия (загрязнения акваторий традиционного нереста) или природных факторов (низкие температуры, ледовый покров, слабая кормовая база в период нереста рыб) нередко наступает гибель всей отложенной икры или выклюнувшихся личинок.

Для сохранения рыб заводского выращивания в естественной среде обитания и защиты пополнения проходных объектов в существующей системе рыбоводства, на наш взгляд, необходим дополнительный технологический блок, включающий комплекс мер и технических средств бесконтактного (дистанционного) управления движением рыб для направления и удержания объектов выращивания или нереста на благоприятных для нагула и нереста участках водной акватории до конца нагула или нереста, а также инструментальных средств дистанционного контроля объектов выращивания или нереста.

Исследования влияния физических полей различной модальности (акустических, электрических, световых) на поведение рыб привели к решению ряда вопросов, связанных с дистанционными методами управления движением рыб и повышением за счет этого эффективности рыболовства, рыбоводства и охраны рыбных ресурсов.

Акустические поля являются не только частью окружающей рыб среды, но и в силу информационного характера одним из основных каналов связи и ориентации рыб в окружающей среде. Кроме этого, акустический канал связи у рыб обладает наибольшей по сравнению с другими каналами информационной пропускной способностью и к тому же является самым эффективным в отношении дальности действия и энергозатрат.

Поведение рыб в поле акустического раздражителя зависит, прежде всего, от характера звукового сигнала. Различают два вида воздействия звукового поля на рыб: энергетическое и информационное. При энергетическом воздействии звуковое поле вызывает у рыб болевые или другие неприятные ощущения в ближней от излучателя зоне и они стремятся уйти из опасной зоны. При этом реакция рыб полностью зависит от интенсивности и продолжительности излучения.

3 Информационное воздействие предполагает воспроизведение звуков биологического происхождения, сопровождающих внутри- и межвидовые отношения морских животных, или их имитацию. Реакции рыб на биологические сигналы более стабильны, направлены и избирательны, чем на звуки технического происхождения. Причем в зависимости от биофизического содержания имитируемой обстановки двигательные реакции рыб проявляются в стремлении покинуть опасную зону (воспроизведение или имитация звуков хищников) или приблизиться к источнику (воспроизведение или имитация собственных звуков рыб). В связи с этим первостепенное значение приобретает выяснение сигнального значения издаваемых морскими животными звуков. Решение этой задачи дает возможность оценить роль акустического канала во внутривидовых и межвидовых отношениях

биологических объектов и наметить пути разработки средств активного воздействия на поведение рыб с целью их практического использования в рыболовстве и рыбоводстве.

Именно поэтому разработке гидроакустических устройств для дистанционного воздействия на рыб предшествовало их тщательное биотехническое обоснование. В процессе работы были рассмотрены особенности акустической сигнализации и характеристики сигналов некоторых стайных промысловых рыб и хищных китообразных. Показана ответственность структур слуха за восприятие и ориентацию, проанализированы механизмы звукообразования открытопузырных рыб и дельфинов.

Как известно, определенную поведенческую реакцию можно вызвать, воздействуя на животное эффективными (значимыми для животного) стимулами [1]. Поэтому необходимо было выбрать из большого числа внешних раздражителей ключевой раздражитель, удовлетворяющий внутренним потребностям организма и вызывающий у рыб адекватную двигательную реакцию.

Существующие способы акустического воздействия для привлечения рыб к источнику звука базируются, в основном, на воспроизведении (имитации) звуков питания или движения объектов питания этих рыб с помощью электроакустических и механоакустических приманивающих устройств (например, разнообразных акустических рыболовных приманок).

По происхождению сигналы рыб подразделяются на две группы: излучаемые при помощи специальных органов (сигналы 1 -го порядка) и возникающие непроизвольно в ходе поведенческих реакций (сигналы 2-го порядка), но имеющие для рыб определенное биологическое значение [2]. Звуки питания и движения рыб относятся к сигналам 2-го порядка («механические» звуки). При многократном воспроизведении этих звуков без подкрепления реакция движения на источник ослабевает и наступает адаптация. Кроме этого, эффективность воздействия стимулов, имитирующих звуки питания или движения рыб, зависит, прежде всего, от физиологического состояния объекта, ритмов

з его пищевой, двигательной, нерестовой активности. Например, голодные рыбы положительно реагируют на звуки питания, сытые -безразлично. Другой пример: лососи и сельди в преднерестовый период жизни практически не питаются, поэтому использование звуков кормления или движения объектов питания для привлечения этих рыб не будет иметь положительного эффекта.

В ходе экспериментов были выявлены сигналы, излучаемые с помощью специализированных морфологических структур и присутствующие на всех стадиях развития рыб. Установлено, что эти сигналы служат средством акустической сигнализации и поддержания внутристайного и межстайного контакта (связи) особей данного вида и по своему информационному содержанию являются для рыб безусловными раздражителями. Очевидно, что их излучение в среду,

где находятся объекты того же вида, должно вызывать у них стереотипно-проявляющуюся поведенческую реакцию движением на источник звука.

Исследования позволили оценить параметры акустических стимулов, перспективных для дистанционного воздействия на поведение рыб различных видов и различных возрастных (размерных) групп. Выявлены закономерности поведения и реакции этих рыб в акустических полях биологического и технического происхождения. Природные стереотипы поведения и ориентации рыб и хищных китообразных были использованы в качестве биофизических моделей для обоснования и моделирования гидроакустических устройств привлекающего и отпугивающего действия. На основе гидробионических исследований и разработок нами были предложены гидроакустические средства информационного и энергетического воздействия на поведение рыб.

Ниже представлены несколько вариантов (способов) использования различных гидроакустических средств дистанционного управления поведением рыб в целях рыбоводства и рыбозащиты.

Сущность одного из способов заключается в том, что для направления рыбы в зону с благоприятными гидрологическими и кормовыми условиями в водную среду излучают информационные гидроакустические сигналы, имитирующие звуки хищных китообразных, в частности дельфинов, издаваемые ими при нападении на косяк рыб. При этом спектрально-энергетические и временные параметры излучаемых информационных сигналов формируют с учетом характеристик слуховой чувствительности рыб и выбирают в зависимости от видового (размерного) состава рыб на которые направлено воздействие. В качестве гидроакустических средств используются пневматические излучатели ПИ-имитаторы звуков дельфинов. Сигналы ПИ оказывают на стайных рыб отпугивающее действие, что вызывает направленное перемещение в благоприятную для нагула или нереста зону. В дальнейшем стационарно установленное заграждение из группы ПИ будет препятствовать выходу

4 рыб из нагульной акватории.

ПИ-имитаторы звуков дельфинов были испытаны в качестве средства перекрытия хода производителей сельди на заморные участки в гавань Сибирь зал. Корфа. После работы ПИ отмечены значительное снижение активности нереста на заморных участках в северной части залива Корфа и перенос интенсивности нереста на благоприятные нерестилища в заливы Уала, Анапка и бухта Гека. Сравнение уловов контрольными неводами в заливе Корфа и бухте Гека указывает на смещение плотности заполнения нерестилищ на юг.

Другой способ является продолжением первого или может быть использован одновременно с первым для удержания нагульных рыб или искусственной концентрации производителей рыб на благоприятных для нагула и нереста участках водной акватории до

конца нагула или нереста. Для этого в водную среду излучают информационные гидроакустические сигналы, имитирующие собственные звуки рыб, присутствующие на всех стадиях развития этих рыб и служащие средством акустической сигнализации и связи между особями в стае и между стаями данного вида. В качестве гидроакустических средств используются пневматические излучатели. Конструкцией ПИ-имитатора звуков рыб предусмотрена возможность регулирования параметров излучаемых звуков в зависимости от видового (размерного) состава рыб, на которые направлено воздействие. Сигналы ПИ привлекают рыб и удерживают на заданной акватории в течение длительного периода времени. Кроме этого, данный способ может быть использован для привлечения в зону облова и концентрации объектов выращивания в ней с последующим выловом, например, закидным неводом, ловушкой или ярусами.

Акваторию или водоем рыбоводного хозяйства во время нагула целесообразно оснастить современными инструментальными средствами пассивного контроля, позволяющими вести непрерывный акустический мониторинг водной акватории. В настоящее время гидроакустические приборы, обеспечивающие необходимые возможности, т.е. вести учет и выполнять количественные оценки численности и биомассы рыб - объектов выращивания - на основе методов эхоинтегрирования и эхосчета, представлены на рынке фирмами Simrad (Норвегия) и В^оп^ (США).

Такой гидроакустический комплекс, состоящий из средств пассивного контроля и дистанционного воздействия на рыб, позволит автоматизировать процессы управления поведением объектов, контроля перемещения, что может повысить эффективность рыбоводных хозяйств.

Благоприятное антропогенное воздействие с использованием технических средств гидроакустики можно также применять на нерестовых стадах проходных рыб, например сельди. На рис. 1 предложена схема управляемого искусственного нерестилища. Устройство состоит из цилиндра 1, выполненного из сетного полотна, 01 закрепленного на обруче 2. К цилиндру радиально прикреплены открылки 3, выполненные из сетного полотна. К нижней подборе цилиндра и открылков прикреплены грузила 4, а к верхней - поплавки 5. В центре цилиндра укреплен ПИ-имитатор звуков сельди 6, привлекающий рыбу. Якоря 7 служат для растяжки и укрепления нерестилища.

Устройство работает следующим образом. Нерестилище устанавливают в местах, где отсутствует естественный субстрат, но существуют благоприятные для нереста гидрологические условия и рельеф дна. Рекомендуемая высота сетного цилиндра 2-5 м, выбирают ее в зависимости от глубины места установки. ПИ устанавливают в центре цилиндра, чем обеспечивается эффект привлечения и искусственной концентрации производителей сельди вблизи садка с

подготовленным «стерильным» субстратом. Рекомендуемое число открылков - 5-8, длина - 6 м, так как дальнейшее увеличение числа открылков и их длины вызывает трудности при транспортировке нерестилища.

*

Рис. 1. Искусственное нерестилище для рыбы: 1 - сетное полотно; 2 - несущая конструкция; 3 - открылки; 4 - грузила; 5 - поплавки; 6 - ПИ; 7 - якоря

Нерестилище имеет пять открылков, и это хорошо согласуется с поведением производителей сельди в зоне действия ПИ, кроме того, на небольшом участке водной акватории создается оптимальная площадь

05 искусственного субстрата. После нереста устройство можно транспортировать с малой скоростью на более глубокие участки, где условия для сохранения и развития икры лучше.

Для того чтобы сельдь во время нереста проходила по лабиринтам, образованным открылками, и при транспортировании нерестилища субстрат цилиндра и открылки не соприкасались, между ними оставлены зазоры шириной 1-1,5 м.

Конструкция нерестилища позволяет управлять практически всем процессом кладки икры и созревания эмбрионов: 1) регулирование многослойной кладки икры до оптимальной толщины путем искусственной концентрации производителей; 2) охрана икры от хищников после ее кладки; 3) регулирование сроков созревания и

выклева транспортировкой нерестилищ на участки с благоприятной гидрологией.

Предложенная конструкция прошла сравнительные испытания на корфо-карагинской сельди и показала преимущества по отношению к другим традиционным нерестилищам тем, что производители сельди отдавали ей предпочтение.

На рис. 2 приведен один из вариантов функционирования ПИ на управляемом искусственном нерестилище.

В бухте Северная зал. Петра Великого действие искусственного нерестилища проверено на приморском стаде сельди, и способ концентрации производителей сельди использован в 1998 г. на нерестилище в зал. Славянский. До этого был поставлен опыт в апреле 1996 г. (третий ход производителей). На искусственном субстрате была достигнута кладка икры в 4-6 слоев, что соответствует оптимальной. В таблице приведены результаты анализа выживаемости икры сельди на искусственном и естественном субстратах нерестилища.

Рис. 2. Управляемое искусственное нерестилище сельди

В сравнительном эксперименте по показателям обыкрения на искусственном субстрате (капроновая дель, ячея 20 мм) отложено икры в 9,7 раз больше, чем на естественном, а смертность на 2,9 % ниже. При соблюдении необходимых требований к технологии управления нерестом возможно увеличение количества сельди промыслового

возраста (5 лет) до 1 ц с 1 м2 искусственного субстрата, с естественных - только 0,07 ц.

Результаты анализа сравнительной выживаемости икры сельди на естественных и искусственных субстратах

Тип нерестилищ Обыкрение на 1 м2, шт. Количество погибшей икры, шт. Смертность, %

Естественные 152000 23000 13,5

Искусственные 1470000 174000 10,6

Еще одной из возможностей применения гидроакустических технологий дистанционного управления поведением рыб в рыбоводстве является необходимость отпугивания объектов выращивания от охраняемого участка, например, водозабора, водослива, заморных акваторий и т.д. Такой способ рыбозащиты и сохранения объектов выращивания рыбоводных станций основан на создании мощного акустического поля на пути движения рыб к водозаборному гидросооружению с помощью системы подводных излучателей типа «Пневмопушка» (рис. 3).

Рис. 3. Схема применения и функционирования РЗУ

Источники импульсных звуковых и сейсмических сигналов энергетического воздействия испытаны в качестве рыбозащитных

устройств (РЗУ) на водозаборах Приморской ГРЭС и Новосельской насосной станции на оз. Ханка.

В результате изучения эффективности воздействия пневмоизлучателей на молодь и взрослых рыб обнаружено их активное стремление покинуть зону действия источника, затаиться в растительности или уйти в ближайшую заводь. Достаточно высокий защитный эффект достигнут на молоди и взрослых рыбах в потоке воды до 13,2 см/с. На формирование поведения рыб в поле пневмоизлучателей оказывают влияние течения, суточная ритмика активности, освещенность и другие факторы. Но в целом опытные испытания РЗУ показали целесообразность использования генераторов сейсмических волн при проектировании водозаборов и других гидротехнических сооружений на рыбоводных станциях.

Библиографический список

1. Мантейфель Б.П., Павлов Д.С., Ильичев В.Д., Баскин Л.М. Биологические основы управления поведением животных // Экологические основы управления поведением животных. М.: Наука, 1980. С. 5-24.

2. Протасов В.Р. Поведение рыб. М.: Пищ. пром-сть, 1978. 295 с.