渔业现代化

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    中国淡水池塘养殖减排工程设施分析
    陆诗敏，鲍旭腾，田昌凤，黄一心，刘兴国
    2021, 48(6): 1.
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    淡水池塘养殖水体污染已成为制约产业健康持续发展的重要因素，利用工程设施减少池塘养殖粪便、残饲和尾水排放是未来产业发展趋势。目前，淡水池塘养殖减排工程主要包括：基于人工湿地的池塘循环水养殖系统、“三池两坝”池塘养殖水体净化系统、“集装箱+生态池塘”养殖系统、绿色高效圈养系统、植物浮床-池塘复合养殖系统、流水槽-池塘内循环养殖系统、多营养层次综合养殖系统。本研究着重从养殖系统工程构建、运行原理角度，分析上述7种常见工程设施特征。这些设施通过集污、排污、沉淀、微生物降解、植物吸收，在一定程度上，将部分营养元素资源化再利用。受限于技术缺陷、产业基础等，目前池塘养殖减排工程设施推广普及率不高。建议应加强池塘氮、磷等物质循环方面的基础性研究，积极研发池塘氮、磷污染物高效处理设施，完善池塘养殖减排工程产业链。本研究可为中国淡水池塘产业持续健康发展提供参考。
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    转盘流道结构对网箱清洗装备喷嘴流场特性的影响
    廖宇琦1,2，袁太平2，胡昱2，王绍敏2，陶启友2，黄小华2
    2021, 48(6): 9.
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    网衣清洗装备分流转盘内部流道结构直接影响了喷嘴射流性能，决定了装备清洗网衣的效果。采用流体力学原理，对直角L型和圆弧L型流道的喷嘴内部流场力学特性开展了数值模拟研究，并对流速、压强、空化等参数进行了分析。结果显示：直角L型流道出现流动的分离和附壁现象，内、外两侧均有涡流形成；圆弧L型流道仅外侧有涡流形成；圆弧L型流道与直角L型流道相比速度变化率更小，喷嘴出口射流速度更大；两种流道的喷嘴内均发生了剧烈的空化现象，圆弧L型流道喷嘴的空化区域面积和最大气相体积分数远大于直角L型流道喷嘴。本研究结果为网衣清洗装备分流转盘内部流道结构优化提供理论参考。
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    不同添加量的聚-β-羟基丁酸酯作为生物絮凝缓释碳源的应用效果
    吴霞1，吴长胜1，王国庆1，罗国芝 1，2，3，谭洪新 1，2，3
    2021, 48(6): 19.
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    为探究聚-β-羟基丁酸作为生物絮凝系统缓释碳源的适宜添加比例。分别向80 g/m3（A组）、200 g/m3（B组）、320  g/m3（C组）3个试验组添加聚-β-羟基丁酸酯（PHB），进行为期48 d的养殖试验，每4 d进行一次水质监测，试验结束时检测鱼苗生长情况，取絮团进行营养指标检测，将PHB称重后进行扫描电镜及红外光谱检测。结果显示：随着PHB添加量的提高，各组总氨氮（TAN）峰值均逐渐降低，硝酸盐氮（NO3--N）积累均提高；试验后期，A组可以稳定地将系统碳氮比（DOC/TN）维持在15以上的较高水平；3个试验组中不同PHB添加量对罗非鱼存活率、增重率不产生显著影响（P>0.05）；饲料系数C组显著小于A组和B组（P<0.05）；不同添加量的PHB作为系统碳源降解损耗差异显著（P<0.05），随着PHB添加量的提高，降解损耗量越高，表明降解破损程度越低。研究表明，80 g/m3的PHB添加量能在养殖期间维持系统碳氮比在15以上的较高水平，可作为PHB用作生物絮凝系统缓释碳源的适宜添加比例。
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    草鱼3种池塘养殖模式水质因子及养殖效益的比较分析
    袁新程，谢永德，施永海，徐嘉波，杨明
    2021, 48(6): 28.
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    为探索草鱼不同养殖模式水质指标的变化规律和养殖效益差异，设置了3种养殖模式：草鱼+凡纳滨对虾混养模式(模式1)、草鱼+中华鳖混养模式(模式2)和草鱼单养模式(模式3)，并对不同模式水体中总氨氮TAN、亚硝酸盐氮NO-N、硝酸盐氮NO-N、酸碱度pH、高锰酸盐指数CODMn、总氮TN、总磷TP以及养殖产量、净利润进行测定和分析。结果显示：在水质因子上，模式1和2的NO-N质量浓度随养殖时间均呈降低的变化趋势，NO-N均呈先升高后降低的趋势，且至养殖后期时NO-N、NO-N质量浓度均显著低于模式3(P<0.05)；而3种模式的TAN质量浓度无明显规律性变化，且至养殖后期时无明显差异。3种模式间CODMn质量浓度未产生显著差异(P>0.05)，但均呈逐渐升高的趋势。模式1的pH均大于模式3，并在养殖中后期时显著大于模式2和3。3种模式的TN、TP质量浓度均随养殖时间呈逐渐升高趋势，其中模式1和2的TN、TP质量浓度均低于模式3，并均在10月12日时产生显著差异(P<0.05)。在养殖效益上，模式2的草鱼单位产量最高，总产值和净利润均高于其他两种模式，其次为模式1。研究表明，两种草鱼混养模式在水质因子和养殖效益上均优于草鱼单养模式，其中草鱼+中华鳖混养模式最佳。
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    急性低氧应激对鲫鱼血液生化指标的影响
    王雪芹，阳涛
    2021, 48(6): 36.
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    低氧是水产动物活体运输过程中的一个重要应激源，会影响水产品的运输成活率。文章旨在模拟并探究急性低氧应激对鲫鱼幼鱼（Carassius crassius）相关血液生化指标的影响。对鲫鱼进行24 h的急性低氧处理，溶氧水平为（0.61±0.23）mg/L，测定低氧应激0 h、3 h、6 h、12 h和24 h，共5个时间点的血液血红蛋白（Hb）、血液高铁血红蛋白（MetHb）、血清皮质醇（COR）、葡萄糖（GLU）、热休克蛋白70（Hsp70）含量和超氧化物歧化酶（SOD）活性的变化。结果显示：在低氧应激过程中，Hb含量呈现先降低后升高的变化趋势，12 h时显著低于0 h（P＜0.05），24 h时又恢复至应激前水平；MetHb、COR、GLU和Hsp70含量均呈现先升高后降低的变化趋势，且不同指标达到含量峰值的时间点略有差异；SOD活力随着低氧应激时间的延长有升高趋势，但是前后变化差异不显著（P>0.05）。研究表明，当水体溶氧低于0.6mg/L时，随着急性低氧应激时间的延长，会造成鲫鱼的部分血液生化指标发生显著性变化，预示着低氧应激对鲫鱼机体代谢功能产生了较大的影响，因此在鲫鱼运输过程中，为提高运输成活率，应避免低氧等不良环境条件的出现。
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    “渔光一体”光伏组件遮光比例对池塘水质及草鱼生长性能的影响
    钱华政1,蒋礼平2, 梁勤朗2,牛江波3,宋向果3,谢 伟3, 唐 华3, 高晓清4
    2021, 48(6): 36.
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    “渔光一体”模式是采用水上发电、水下养殖的一种创新模式，具有土地利用率高、收益高且兼具节能环保等优点，然而光伏组件是否影响养殖环境是困扰“渔光一体”模式进一步推广应用的主要问题之一。通过比较“渔光一体”不同遮光度（0%、50%、75%）下，池塘水体pH、温度、溶氧、无机氮、活性磷、硬度、碱度；浮游动植物丰富度及光合色素含量；草鱼饲料系数、日增重率和亩产量情况，来探究光伏电站遮光对池塘水质及草鱼生长性能的影响。结果显示：50%和75%遮光组的pH、水温降低，碱度、硬度和氮磷比升高，蓝藻和浮游动物生物量下降；50%和75%遮光组草鱼存活率、生长和产量，与0%组相比无显著性差异。研究表明，“渔光一体”遮光不会对草鱼生长产生显著不利影响，适宜的“渔光一体”光伏组件遮光，改善了池塘水质，有利于草鱼池塘养殖。
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    大水面可调控捕捞装置设计与效果验证
    陈晓龙，车轩，刘兴国，朱浩，田昌凤，李新丰
    2021, 48(6): 50.
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    目前，大水面捕捞方式主要以人工捕捞、地笼、刺网、拖网为主，劳动强度大，工作效率低，无法满足可调控捕捞的要求。通过分析大型湖泊、水库鱼类的生活习性，设计制作了一套通过改变网孔规格大小而达到大水面可调控的捕捞装置。该装置由小网孔的拦河网制作而成，底部由套裹小石砾的网压实沉底，四周再由浮筒搭建成捕捞平台以方便后期捕捞。该装置捕捞不分淡旺季，可随时起捕，具有制造简单、成本低、材料来源广等优点。通过与传统“刺网+地笼”捕捞方式同时进行鱼类捕获试验对比，并测量鱼类的全长、体长和体质量3个生物学体征指标。结果显示：当需要大规格鱼类（全长10 cm以上）捕捞时，可调控捕捞装置单次捕捞鱼质量是传统“刺网+地笼”捕捞方式的1.30倍（P=0.002＜0.01），捕捞数量是后者的2.95倍，存活率是后者的3.5倍；当需要小规格（全长1 cm以上）鱼类捕捞时，可调控捕捞装置中的鱼类数量、质量、种类明显大于“刺网+地笼”捕捞方式，存活率也明显提升。研究表明，该捕捞装置在选择性捕捞及全部捕捞时捕捞量（数量、质量、种类）均大于普通捕捞方式，存在极显著性差异，初步满足了调控捕捞的要求，为大水面鱼类可调控捕捞装置的设计提供参考。
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    大口黑鲈（Micropterus salmoides）摄食过程的声信号特征及养殖密度的影响
    曲蕊1,2，刘晃2，刘俊文1,2，张宇雷2
    2021, 48(6): 55.
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    摄食行为是鱼类重要的行为活动之一，通过摄食声信号对不同种类的鱼类摄食行为做出量化分析，可判断鱼群集群密度以及提高水产养殖中鱼类饵料利用效率。该研究使用摄像机和水听器同步监测大口黑鲈的摄食行为，将声音和图像相结合，采用声像同步方法探究不同养殖密度下大口黑鲈摄食行为和声信号之间的关系。结果发现：不同个体的大口黑鲈摄食声信号与环境中背景噪声可区分的频率范围为1~10 kHz，大口黑鲈的摄食声信号脉宽主要集中在3 ms之内，不同体长的大口黑鲈在第一共振峰的差异性最小。大口黑鲈的摄食发声频率与养殖密度无关，不同养殖密度下大口黑鲈摄食的发声频谱范围均为1~10 kHz。不同养殖密度下的大口黑鲈摄食声信号声压级有所不同，摄食声压级大小与养殖密度大小呈线性正相关。
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    不同pH对红螯螯虾胚胎离体孵化率的影响  
    韦永春1,2,3，程顺2，贾永义2，迟美丽2，刘士力2，郑建波2，李飞2，刘一诺2，顾志敏[1,2,3]
    2021, 48(6): 64.
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    为提高红螯螯虾离体胚胎孵化的效果，提供其大规模离体胚胎孵化基础水质数据，应用韩国施奇公司（ZISS）孵化器探讨pH对红螯螯虾离体胚胎孵化的影响，具体如孵出时间（至可自由运动的3期幼虾的时间）、出苗量（3期幼虾数量）、孵化率和出苗率等，以期筛选出最优pH条件。在水温28±0.5℃下，用梳子剥出7对红螯螯虾附肢期胚胎，经过3 000 mg/L甲醛浸泡15 min，然后置于ZISS孵化器中，用30%~40%的HCI和NaOH调节水体pH为6.8、7.7、8.4、8.9和9.4，进行离体孵化，试验共25 d。结果显示：各组间孵化率均在84.0%以上，无显著性差异（P>0.05）；pH 7.7组和pH 8.4组出苗率显著高于其他3组（P<0.05），pH 6.8组出苗率为0%，与pH 9.4组无显著性差异（P>0.05），均显著低于其他3组（P<0.05）；pH 7.7~9.4之间出苗率呈下降趋势；pH的变化不会导致孵化期间胚胎大量死亡，各pH组胚胎死亡高峰集中在第5天，且 pH 6.8组胚胎孵化时间较长；pH 6.8组与pH 9.4组幼虾出现大量死亡现象，中间3组未出现该现象，出苗集中在第19天和第25天。在pH为6.8~9.4范围内，红螯螯虾离体胚胎孵化率不受pH影响，pH过低会造成胚胎孵化时间延长，造成孵化后的幼虾无法存活，存在酸中毒的现象，造成胚胎以及幼虾生理性缺氧，最终死亡；而pH过高，钙离子含量降低以及CO32－中毒可能是造成幼虾最先出现大量死亡的原因。研究表明，红螯螯虾离体胚胎孵化最适的pH为8.1，该研究结果对孵化过程中的最适pH范围进行了精确化，有助于提高孵化率和出苗率，对于实际生产有指导作用。
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    基于属性基加密的海洋浮标数据安全管理系统的设计与实现
    顾震凯1,2，张绍华2，李超2，戴炳荣2
    2021, 48(6): 72.
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    针对海洋浮标数据存在被黑客攻击、窃取的问题，在分析北斗海洋浮标系统工作原理的基础上，设计了基于属性基加密的海洋浮标数据安全管理系统。在该系统中设计了数据加解密、数据管理和密钥管理的子系统，设计了包括数据的存储以及数据的请求两个业务流程，做到了对数据的细化到用户属性的安全管控。在此基础上，基于开源的JPBC密码库和主流的前后端技术实现了该系统，并对多种加解密方案的从加密效率、密钥安全和数据共享等方面进行了对比分析。结果显示：本研究所采用的加密方案具有显著优势，与传统的浮标数据管理系统进行对比，该系统融合了对称加密与属性基加密技术，实现了浮标数据的安全保护与数据的细粒度共享。本研究成果可以为浮标数据的信息安全管理，推动渔业信息化、现代化的发展提供参考。
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    基于改进型YOLOv4的病死金鲳鱼识别方法
    俞国燕1,3，罗樱桐1,2，王林1,2，梁贻察1,2，侯明鑫1,3
    2021, 48(6): 80.
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    实时检测并获取养殖鱼群的健康状态是规模化渔业养殖实现精准、绿色养殖和可持续发展的关键技术之一，其中实时识别病死鱼并及时收集处理更是减轻养殖水域污染、防止病害扩散、降低养殖风险的有效举措。然而在复杂的浅滩环境中，如光照变化、目标重叠、位置不稳定以及水雾造成模糊，使病死金鲳鱼实时识别并收集非常具有挑战性。本研究提出一种基于YOLOv4-v1的改进算法，在PANet模块中集成自定义Super网络，对输入的特征图进行编码解码过程，在细粒度特征提取中减少外界环境带来的干扰。此外，利用tanh-v1函数激活，增强了特征传播并确保网络中最大信息流。同时采用Resblockbody1模块，提高了目标框的定位精度。在浅滩养殖场景中，分析病死金鲳鱼图像在不同模型上对比试验结果中，YOLOv4-v1网络识别病死金鲳鱼的（平均精度）值高达98.31%，实时检测性能达到了27 FPS。通过与YOLOv4网络对比试验可得，YOLOv4-v1算法在线下试验中，检测速度基本与原网络持平，且值相较于YOLOv4提升了3.36%，召回率提升了2.54%，分数（精确率与召回率的平衡点）提升了0.56%。研究表明，YOLOv4-v1方法在死鱼识别方面具有良好的应用场景。
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    渔船助航设备信息融合理论研究与特定区域管控系统设计
    甘易明1，贺波2，刘全良1
    2021, 48(6): 90.
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    随着近海渔业资源日渐稀缺，渔船捕捞范围不断扩大，渔船在特定区域附近作业过程中，由于驾驶舱内船舶自动识别系统（AIS）与雷达易受外界环境因素影响，所获海上数据信息误差较大，且驾驶舱内缺少出入该特定区域的相关报警提醒导致海上事故频发的问题日益凸显。亟待开发一种特定区域管控系统，为特定区域附近作业渔船提供报警提醒。研究了渔船驾驶舱AIS与雷达的信息融合理论，模拟基于凸组合航迹融合算法的信息融合过程。设计了一种基于YimaEnc海图引擎构建的特定区域管控系统，为特定区域附近作业渔船提供了一种更精确的海上信息以及监控管理、越界报警等功能。试验结果显示，该系统初步解决了海上渔船位置信息精度低，缺少特定区域航行出入时的必要监管、报警等问题。该研究成果可以为加强海上渔船管控，提高渔船驾驶安全性提供参考。
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    多波束渔用声呐波束成形算法设计与FPGA实现
    程婧，王志俊,李国栋，魏珂
    2021, 48(6): 95.
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    多波束渔用声呐是海洋渔业的重要设备，可利用声波对水下生物进行探测，其波束成形的算法是研制过程的核心技术。本研究从圆柱阵多波束渔用声呐的扫海方案出发，在传统移边带算法（SSB）的基础上提出了一种将并行处理转为串行处理的方法，同时在不损失性能的前提下提高信号处理速度的改进算法。首先将传统算法，与本改进算法进行对比。其次在现场可编程逻辑门阵列（FPGA）平台对改进算法进行了软件的实现，完成了两种算法实现的性能评估和资源消耗分析。最后在消声水池对改进算法的FPGA实现进行了指向性的测试，并通过MATLAB将仿真的波束图与实测后的波束图进行了比对。结果显示：两种算法在性能上保持一致，改进算法消耗的资源比SSB算法消耗的少近70%，同时改进算法的实测结果与理论仿真大致一致，偏差在合理范围内。
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    动态边界粒子SPH法在养殖工船横摇液舱晃荡模拟中的应用比较
    赵新颖1,2，黄温赟1,2，黄文超1,2，管延敏3
    2021, 48(6): 103.
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    为研究养殖工船养殖舱晃荡现象对舱壁结构强度和养殖安全的影响，采用光滑粒子流体动力学方法(SPH法)对横摇激励下养殖工船养殖水舱的轻微晃荡和剧烈晃荡进行数值模拟，通过引入动态边界粒子法解决SPH法固壁边界上或边界附近的粒子截断误差影响精度问题，并对动态边界粒子两种处理方法模拟结果与相关文献进行了对比分析，验证数值方法的有效性。结果显示：该方法可靠有效，适用于模拟养殖水舱晃荡时自由液面翻卷、破碎现象；对于轻微液舱晃荡现象，相比于边界粒子运动法，边界粒子固定不动法具有更高的计算精度；对于剧烈液舱晃荡现象，边界粒子运动法和边界粒子固定不动法则均能有效的数值模拟。本研究成果对于养殖工船养殖水舱晃荡现象数值模拟提供参考。