WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Во второй главе представлены результаты и анализ данных эксперимен-тальных работ в мезокосме по определению особенностей отражения ультра-звука личинками сельди Clupea Harengus в процессе их роста. Следует отме-тить, что непосредственные измерения отражательных свойств отдельных личинок в морских условиях чрезвычайно сложны и качество результатов не всегда соответствует затраченным усилиям. Однако, такие измерения могут быть выполнены с высокой точностью в мезокосме. Суть системы мезокосма заключается в том, что она моделирует в ограниченном пространстве водную экосистему и при этом надежно изолируется от проникновения внутрь каких либо морских организмов без вмешательства экспериментаторов. Конструкция мезокосма не может быть универсальна и зависит от целей эксперимента и параметров измерительной аппаратуры. Для проведения работ по исследова-нию отражательных свойств рыбных личинок в процессе их роста была разработана и изготовлена система мезокосм, схематично представленная на рис. 1.

Рис. 1. Схема мезокосма и расположения его основных элементов.

В качестве модельного объекта исследований были выбраны личинки атлантической сельди, по следующим причинам. Данный вид является типич-ным представителем пелагических клупеоидных рыб с физиологической и мор-фологической точки зрения, имеет важное коммерческое значение и обладает высоким уровнем адаптации и выживания.

В главе подробно описана методика подготовительного этапа работ с момента вылова нерестовой сельди, оплодотворения икры, помещения икры в специальный инкубатор. После периода инкубации, выжившие икринки пере-местили в два мезокосма в разных количествах. Один мезокосм должен был использоваться для проведения основных измерений TS и объемная плот-ность личинок в нем предполагалась существенно ниже, чем во втором. Второй мезокосм предназначался как резервный, на случай внезапной гибели личинок в первом мезокосме. Акустические, физические и биологические измерения выполнялись с регулярными временными интервалами с момента вылупления личинок и до появления и развития у них плавательного пузыря. В процессе всего периода работ осуществлялся контроль за параметрами воды (темпера-тура, кислород, соленость) в мезокосмах. Кормление личинок проводилось практически ежедневно живыми копеподами и их личинками. По проведенным автором оценкам, уровень отраженных гидроакустических сигналов от копепод (даже для самых крупных экземпляров) был ниже уровня эхосигналов от личинок, и с помощью установки соответствующих пороговых уровней, сигналы от копепод полностью исключались из обработки. Контроль за фи-зииологическим состоянием личинок проводился регулярно методом их отлова и проведением морфометрического анализа в лаборатории.

Гидроакустические измерения выполнялись с использованием многочас-тотных научно-исследовательских эхолотов фирмы Kongsberg Simrad и одно-частотного научного эхолота фирмы BioSonics: Simrad EK 500 (антенна 120 кГц с расщепленным лучом и однолучевая антенна 710 кГц); Simrad EK60 (частота излучения 200 кГц, расщепленный луч) и BioSonics DT 6000 c цифровой антенной 200 кГц и расщепленным лучом. Антенны эхолотов устанавливались в центре садка на глубине 30 см. Перед началом гидроакустических измерений была проведена полная сквозная градуировка эхолотов для каждой частоты излучения. Обработка записанных эхосигналов была выполнена с использова-нием ППС BI500, EchoView ver. 2.25 (SonarData Pty Ltd.) и специальная про-грамма «Target Tracking software», разработанная в Бергенском институте мор-ских исследований (IMR, Норвегия).

По результатам биологических измерений было получено обобщенное эм-пирическое уравнение стандартной длины (SL) личинок в зависимости от возраста с момента выклевывания:

SL,мм = 0,34D + 5,56 (1)

где D – возраст личинок, дни

Поскольку гидроакустические измерения проводились практически ежедневно, а обловы личинок выполнялись реже, то для пересчета размера личинок на момент проведения гидроакустических измерений использовалось вышеприведенная зависимость.

Было установлено, что раннем этапе взросления отражательные свойства личики определяются исключительно объемом и тканями тела и уровень отраженного ультразвукового сигнала от них, соизмерим с уровнем эхосигналов от макропланктоном. Одновременно с ростом личинок происходят и изменения их внутреннего строения. В частности появляются внутренние полости, заполненные газом, что существенно меняет отражательные свойства личинок и определяющим элементом в величине отраженной ультразвуковой энергии сигнала становится величина объема, заполненная газом. Эти газовые полости представляют собой слуховую систему личинки (bulla), зачаточный плавательный пузырь (из которого в последствии формируется полноценный плавательный пузырь) и кишечник, соединенные между собой тонкими каналами (Blaxter, 1982). Размер зачаточного плавательного пузыря еще крайне мал, поэтому его доля в величине отраженного сигнала соизмерима с другими элементами газовой системы (рис. 2. А). На данном этапе развития личинки именно газовая система является определяющей в величине отраженного сигнала. При ее появлении меняются ультразвуковые отражательные свойства личинки. Для личинок атлантической сельди формирование газовой системы происходит при достижении роста примерно в 22 mm (Blaxter, 1982). По мере взросления личинки происходит развитие полноценного плавательного пузыря, его объем становится значительно больше и доля других органов, заполненных газом, уже не играет столь существенной роли в отражении ультразвукового сигнала, доля плавательного пузыря становится определяющей (рис. 2.B).

Рис. 2. Микрофотографии, полученные под микроскопом, двух личинок атлантической сельди на разных возрастных стадиях (A – 50 дней, B – 67 дней), сохраненных в гесторезине во время проведения экспериментальных работ.

На рис. 3 представлены результаты измерений силы цели личинок в зави-симости от их возраста для трех ультразвуковых частот, где отчетливо видно, что в момент появления газовой системы происходит резкое изменение TS.

Рис. 3. Экспериментальные результаты измерений TS для трех частот на разных этапах развития личинок атлантической сельди (Clupea harengus).

Но в отличие от 120 кГц и 200 кГц, где величина TS скачкообразно возросла соответственно с -79,16 дБ до –69,41 дБ и с –83 дБ до –70.2 дБ, то есть почти на 10 дБ и 13 дБ (Goncharov et al., 2002), для частоты 710 кГц, наоборот, наблюдается существенный спад с –84,98 дБ до – 94,57дБ и затем постоянный рост. Появление такого спада возможно объясняется интерференционными процессами акустических волн на границе газовой полости и тканью тела личинки, а именно эффектом суперпозиции падающей и отраженной волны, находящихся в противофазах.

На раннем этапе роста личинок до появления газовой системы, для всех трех частот характер изменения кривых TS примерно одинаков. Особенность изменения TS на этом этапе заключается в том, что нет отчетливо выраженной динамики роста или уменьшения TS личинок. По этой причине довольно сложно описать изменение TS каким либо математическим уравнением. Для 710 кГц величина TS изменялась в пределах от –84,98 дБ до – 78,46 дБ, а среднее значение TSср = 80,4 дБ. Для 120 кГц диапазон изменений TS был в пределах от – 80,3 дБ до –77,01, TSср = 79,02 дБ. Для 200 кГц TS личинок изменялось в границах от – 85 дБ до – 80,9 дБ при TSср = – 82,59 дБ.

На более позднем этапе личиночного развития отражение ультразвука в первую очередь определялось газовой системой, а затем развившемся плавательным пузырем. Отчетливо просматривается динамика роста TS. Для этого этапа были рассчитаны уравнения TS в зависимости от стандартной длины личинок (SL, см):

TS=186Log SL–150,9 (R2=0,89) для 710 кГц (2)

TS=20Log SL–75,12 (R2=0,71) для 120 кГц (3)

TS=20Log SL–77,11 (R2=0,70) для 200 кГц (4)

где R2 – величина достоверности апроксимации.

Для полного математического описания изменение отражательных свойств личинок на всем этапе их роста, были проанализированы данные, полученные в ходе экспериментов и данные, полученные на теоретических моделях более простых по структуре, чем тело личинки и в то же время с понятным и однозначным описанием их отражательных свойств. При совпаде-нии данных такая модель могла быть в дальнейшем использована для описания отражения ультразвука личинками рыб на самом начальном этапе их развития. В качестве таких моделей, были выбраны флюидные цилиндр и сфера, успешно используемые для описания отражательных свойств зоопланктона и криля (Dalen, 1987; Wibe et al., 1990; Stanton, 1989; Foote, 1990; Greenlow, 1977). Для всех трех частот экспериментальные значения TS личинок оказались существенно выше значений TS флюидной сферы. Существенно лучшие результаты были получены при использовании цилиндра. Экспериментальные значения TS не столь существенно отличаются от модельных значений. Для частот 120 и 200 кГц это относится к данным, рассчитанным для вещества модели, близкого к тканям взрослых рыб. Но для вещества модели, соответствующей тканям личинок, отличия также очень высоки. Поэтому ни цилиндрическая, ни сферическая модели не могут быть использованы для описания отражения ультразвука личинками на этих частотах. Вероятно для этого требуются более сложные модели.

Для проведения количественных оценок личиночной биомассы для частот 120 и 200 кГц могут быть использованы средние значения их TS для раннего этапа развития (до появления газовой системы), а именно для 120 кГц TS= -79,02 дБ и для 200 кГц TS=-82,59 дБ., а для определения TS личинок с формировавшей газовой системой или плавательным пузырем уравнения 3 и 4.

Наилучший результат был получен для самой высокой из частот 710 кГц. с незначительным расхождениями TS между экспериментальными и модель-ными значениями цилиндрической модели, с параметрами вещества, анало-гичными параметрам ткани личинок и в расчетах личиночной биомассы эта мо-дель может быть использована для определения TS личинки на ранней стадии развития.

В третьей главе рассмотрены различные подходы оценки личиноч-ной рыбной биомассы и ее распределения, основанных на методе эхоинтегри-рования гидроакустических сигналов. Если при выполнении ихтиопланктонной съемки, когда при переходе от станции к станции отсутствует информация о распределении личинок между станциями, сопровождать непрерывными гидроакустическими наблюдениями с помощью научно-исследовательского эхолота, то картина распределения личинок будет более детальной, а ее био-масса более точной. Особенно это важно для районов с высокой неоднород-ностью распределения личинок, связанных с неоднородностью распределения параметров среды.

Поскольку в расчетах важнейшим элементом является достоверность результатов биологического анализа видового и количественного состава личи-нок в улове, особенную важность приобретает тип орудия лова, используемый при ихтиопланктонных съемках. Поэтому в главе приводится обзор различный орудий лова, используемых при выполнении ихтиопланктонных съемок. При проведении обловов и выборе слоя эхоинтегрирования важно знать вертикаль-ное распределения личинок рыб. В главе приводятся литературные данные об особенностях вертикального распределения личинок разных видов рыб, в раз-ных местах обитания и в разное время суток. Представленные данные наглядно показывают различие в распределение личинок разных видов и в разных местах обитания.

Результаты количественной оценки личиночной биомассы были получены по данным комплексных съемок, выполненных на борту итальянского НИС «Урания» в летние периоды 2002г. и 2003г. в районе мыса Пассеро Сицилийского канала Средиземного моря. Объектом исследований являлись личинки анчоуса (Engraulis encrasicolus). Приводится описание океа-нологических особенностей района работ. Учитывая высокую неоднородность распределения параметров среды в исследуемом районе, необходимо было получить детальную карту распределения личиночной биомассы и ее более точную количественную оценку, чем по данным ихтиопланктонной съемки. Гидроакустические работы были выполнены с использованием научного эхоло-та BioSonics DT 6000 c цифровой антенной 200 кГц (BioSonics Inc. USA).

Представлены результаты двух подходов оценки и распределения личи-ночной биомассы. Первый метод ранее был опробован для оценки распределе-ния зоопланктона и изложен в ряде работ (Гончаров и Бондаренко, 1990; Takiguchi, 1988; Johnson and Griffiths, 1987; Goncharov and Bondarenko, 1990). Он основан на корреляционном анализе уловов и данных измерений эхосигна-лов (мильного коэффициента поверхностного рассеяния, sA) в слое облова при выполнении ихтиопланктонных станций и не учитывает в явном виде особен-ности изменений TS личинок. После фильтрации эхосигналов от ихтиопланкто-на и с учетом результатов биологических анализов рассчитывались sAанч. личи-нок анчоуса и sAдр.вид. личинок других видов Эти значения сопоставлялись с данными биологических анализов, а именно со значениями объемных плотностей личинок анчоуса анч. (г/м3) и личинок других видов др.вид. (г/м3) и строились корреляционные функции. Полученные зависимости использовалась далее для пересчета результатов интегрирования в значения объемных плотностей, после предварительной селекции эхосигналов ихтиопланктона на фоне рыбных эхосигналов. В результате были построены планшеты распределений концентраций личинок анчоуса и личинок других видов рыб, рассчитаны их биомассы в слое облова. Биомасса личинок анчоуса была оценена в 40,7 тонн.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»