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• 2022年, 第49卷, 第6期
  刊出日期：2022-12-20

    

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  工厂化养殖红鳍东方鲀摄食耗氧率研究

  张宇雷1,2,3，单建军1,3，张瑜霏1,3

  2022, 49(6): 1. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2022.06.001

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  系统全面地了解红鳍东方鲀耗氧特性，掌握其关键影响因子和变化规律是工厂化养殖系统设计构建和高效运行的重要基础之一。研究使用自制耗氧率测试装置，采用麻醉灌喂方法测试了体质量(311±11.22)g的红鳍东方鲀在不同条件下的耗氧率情况。共设计1个对照组（完全禁食）、2个水温试验组（分别为20℃和28℃）和4个摄食率试验组（分别为体质量的0%、0.3%、0.6%和1.2%），通过加热棒控制测试装置内的水温，通过传感器实时监测并记录溶解氧变化情况，并计算出红鳍东方鲀标准体质量耗氧率。结果显示：禁食状态下，红鳍东方鲀在水温20℃时的标准体质量耗氧率为（70.89±22.21）mg O2/(kg•h)，在28℃时为（211.49±37.67）mg O2/(kg•h)，水温影响差异显著（P＜0.01），但是没有表现出明显的昼夜节律；摄食状态下，红鳍东方鲀摄食率对于耗氧率峰值没有显著影响，是0%试验组的1.7~2倍。高温情况下摄食率越高，耗氧率到达峰值所需时间越短，低温情况下并不明显；从耗氧率回复时间来看，20℃时回复时间为2.5~7.5 h，28℃时为3~15 h，存在随着水温和摄食率的提高，回复时间明显增加的趋势。研究认为红鳍东方鲀主要通过延长耗氧率回复时间来满足其更高的摄食耗能。本研究系统阐述了水温和摄食条件对红鳍东方鲀耗氧的影响，为工厂化养殖系统管理运行及高密度养殖系统溶氧精准调控提供参考。
  
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  虾塘差速无人投饲船巡边算法设计与仿真分析

  胡庆松1,2,陈研霖1,陈普坤1,陈雷雷1,2,匡兴红1,2

  2022, 49(6): 7. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2022.06.002

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  为提升虾塘巡边投饵作业的效率和可靠性，以差速无人投饲船为研究对象，提出了基于变积分PID姿态控制和边距区间搜索控制动态切换的控制算法。算法在建立差速无人投饲船运动模型和姿态反馈模型的基础上，追踪无人船巡边过程的距离信息和角度信息以保持投饲船巡边的正确姿态。同时，考虑无人船控制的非线性特征，设计了边距区间搜索控制算法，使船体快速的收敛到PID调整范围内，降低了算法的复杂性。通过Matlab仿真分析不同参数和边界下算法的有效性，验证了算法在0~3 m/s的巡边速度下，最大巡边误差可控制在0.3 m，最大角度跟踪误差可控制在9°。研究表明，提出的巡边算法满足虾塘投饲装备巡边指标要求，具有较好的实用价值。
  
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  基于麻雀搜索算法优化BP神经网络的深远海养殖平台系缆力预报研究

  许条建1，金延儒1，蒋梅荣2，麻常雷3

  2022, 49(6): 17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2022.06.003

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  随着海上养殖走向深远海，海洋养殖装备将面临更加恶劣的海况，为了保证装备的安全，必须对其锚泊系统的安全进行评估。采用传统水动力计算分析的方法，能够获得准确的锚泊系统张力，但是计算时间要求很长。为了快速的获取恶劣海况下养殖平台锚泊系统的张力分布，本研究基于机器学习的方法构建了养殖平台锚泊系缆力预报评估的计算模型（SSA-BP模型），该模型引入了麻雀搜索算法对BP神经网络的权值和阈值进行优化，改善了模型的预报性能。该模型将规则波波高、周期、流速作为模型输入指标，将系泊缆力作为模型输出指标，进行BP预报模型的训练。用麻雀搜索算法对BP模型进行优化并训练（SSA-BP模型），并针对改进后的SSA-BP模型预报结果与传统的BP模型预报结果进行对比。经过对比分析发现，SSA-BP模型整体的各项指标均低于BP模型，且SSA-BP模型各工况系缆力的预报误差也均低于BP模型并更贴近真实值。研究表明，该SSA-BP模型能够给出更加准确的预报结果。
  
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  组合钢架式网箱水动力性能分析

  张婧，孙立文，周游，施兴华

  2022, 49(6): 27. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2022.06.004

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  为扩大钢架式网箱的养殖空间，提出了一种在钢架式网箱基础上铰接外网箱的组合钢架式网箱。利用海洋工程水动力软件OrcaFlex对其进行水动力性能分析。对比分析在纯流、纯波浪及波流联合工况下，组合钢架式网箱和铰接前钢架式网箱的浮架与网衣连接点的有效张力，网箱容积剩余率和锚绳力，以及组合钢架式网箱的铰链系统运动响应。结果显示：相较于钢架式网箱，组合钢架式网箱的浮架与网衣连接点受力和锚绳力都有所增大；铰接外网箱能够扩大养殖空间并且不会影响内网箱的容积剩余率。通过在钢架式网箱基础上铰接外网箱能够达到扩大养殖空间的目的。研究结果可为在实际中应用铰接外网箱来扩大养殖空间提供参考。
  
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  管道式气力提升池底吸污装置性能研究及试验

  黄达，张宇雷，张海耿，李金刚，高倩倩

  2022, 49(6): 35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2022.06.005

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  气力提升装置具有结构简单，运行成本低廉等优点，在水处理领域具有广泛应用。本研究建立了气力提升系统理论模型，分别考察了进气流量、提升立管管径、淹没率和吸口截表面积对管道式气力提升池底吸污装置吸口流速和吸污效率的影响。试验研究了进气流量、提升立管管径、淹没率和吸口截面积等因素对吸污装置吸口流速和吸污效率的影响规律。结果显示：吸口流速和吸污效率都与进气流量和淹没率呈线性增长关系；在管径不变的条件下，吸口流速随着吸口截面积增大而减小，吸污效率增加后趋于稳定。进气流量为6 m³/h、淹没率为0.778、提升立管管径为50 mm和吸口截表面积为226 mm2的工况条件下，管道式气力提升池底吸污装置可以达到最优性能。本研究为后续装备研发、试验和推广应用提供参考。
  
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  围栏养殖平台振动实时监测系统设计与试验

  邓浩然1， 崔勇2， 关长涛2，于方杰1

  2022, 49(6): 42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2022.06.006

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  为实现海上养殖围栏结构振动实时监测，研发了围栏养殖平台振动实时监测系统。该系统分为监测设备和监测软件两部分。监测设备通过微处理器主板控制三轴加速度计进行围栏柱体结构振动数据实时采集，并利用4G-DTU无线传输至监测软件;监测软件实现对监测设备所采集数据的实时可视化、存储以及后续下载分析。为验证系统有效性，布设了两个监测节点对莱州湾大型管桩围栏进行了现场监测试验。试验结果显示：布设的监测节点可以有效采集围栏结构三轴加速度数据并实时传输至监测软件进行可视化与存储；同时后续数据分析揭示了试验监测对象莱州湾大型管桩围栏振动基本规律，其振动主频约为4 Hz，振动数值在不同监测节点表现出了明显的空间与时间差异。证明了所研发系统的有效性。
  
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  虹吸式吸鱼泵的水动力学特性研究

  田昌凤1，3，吴凡1，车 轩1，2，刘兴国1，2，张俊3，陈晓龙1

  2022, 49(6): 49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2022.06.007

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   针对国内吸鱼泵产品匮乏、研发周期长等问题，以现有的一种虹吸式吸鱼泵为研究对象，应用计算流体动力学(CFD)数值计算方法数值模拟了3 种不同进水速度下（1 m/s、1.5 m/s、2 m/s）吸鱼泵内的三维水流场，得到了其内部流动特性，包括速度分布、涡流黏度、压力分布等，同时结合试验测试结果验证数值计算的有效性。结果显示：随着进口速度的增加，压强、流速都呈现增大的趋势，且压强最大处主要集中在吸鱼泵出口侧上端，该处会对鱼体产生一定的冲击，此外来流撞到吸鱼泵壁面后形成回流，回流落点处也容易对鱼体产生二次损伤；当进口速度为1 m/s时，吸鱼泵底部壁面的流速模拟值为0.13 m/s，试验值为0.15 m/s，吸鱼泵样机试验结果和数值模结果相差约为13.3%，验证了计算结果的有效性。该研究为吸鱼泵后续的研发和设计提供了重要依据和参考。
  
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  绿鳍马面鲀幼鱼游泳运动及能量代谢的初步研究

  党保成1,2，陈四清[]，李雪梅1，孙宇潇3，李凤辉1，葛建龙1，孙以康1，李美帅1，常 青1，边 力1

  2022, 49(6): 49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2022.06.008

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  研究鱼类的游泳运动对于指导实际生产具有重要的参考价值。本试验通过自制游泳装置来研究在不同体质量（10、15、20和25 g）和不同温度（12、16、20、24和28℃）下幼鱼的游泳能力及行为，并探讨在0.12、0.24、0.36和0.48 m/s流速下的幼鱼随时长的代谢情况。结果显示：4个规格幼鱼的临界游泳速度(UC)分别为0.42±0.03、0.47±0.01、0.53±0.03和0.62±0.01m/s，爆发游泳速度(UB)分别为0.53±0.06、0.56±0.02、0.60±0.02和0.72±0.01 m/s。幼鱼UC和UB随体质量增加游泳能力显著提高。5个温度组下25 g幼鱼的UC和UB随温度的升高呈上升后下降趋势，24℃时UC和UB达到最大值且与其他组差异显著（P＜0.05）。随着流速的增加尾鳍、背鳍和臀鳍的摆动频率不断加快，摆尾频率的4个流速组之间差异显著（P＜0.05），背鳍和臀鳍的摆动频率高于尾鳍，0.24~0.48 m/s组的背鳍和臀鳍相邻之间差异不显著。有流速的趋流率明显高于静水组，各流速组无显著差别。幼鱼长时间处于0.36 m/s和0.48 m/s流速下时，会加剧体内糖原和血糖的消耗并出现无氧代谢过程。研究表明绿鳍马面鲀幼鱼具有较强的游泳能力，养殖中要控制瞬间水流不要超过其UB也不能长期处于其UC，从代谢方面来看乳酸的积累会对鱼体内造成伤害，因此在养殖过程幼鱼不宜长期处于高于0.36 m/s的流速环境中，当然要参考水温和鱼规格来对水流速进行调整。
  
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  青岛近岸野生牡蛎及海滩沉积物中的微塑料季节性分布特征及其关联性

  黄六一，黄杰鸿，尤鑫星，盛化香，王冲，彭海

  2022, 49(6): 67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2022.06.009

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  作为人类活动密集的城市近岸海洋环境中的微塑料污染日益突出，受到持续、广泛关注。为评估海洋微塑料污染带来的生态风险，在青岛近岸采集夏、秋、冬3个季节的牡蛎（Ostrea gigas tnunb）及海滩沉积物样品，分别采用碱性消解法、密度浮选法提取牡蛎体内和海滩沉积物中的微塑料，分析该区域内海洋微塑料的季节性分布特征以及牡蛎和沉积物中微塑料的关联性。结果显示：牡蛎体内与沉积物中微塑料丰度的季节性变化趋势具有一致性，表现为夏季>冬季>秋季；在3个季节中，牡蛎体内的微塑料丰度均显著高于沉积物中的丰度，是沉积物中的3~4倍；总体上，牡蛎体内和海滩沉积物中均以粒径<1 mm的纤维状微塑料为主，无明显的季节性变化；牡蛎体内与沉积物中微塑料的颜色总体上保持一致，以透明、蓝色为主；显微红外光谱显示，微塑料的聚合物种类有聚酯纤维、腈纶、人造丝、纤维素、聚丙烯-聚乙烯共聚物。基于牡蛎体内与沉积物中微塑料丰度随季节变化的一致性和微塑料物理特征上的相似性，建议将牡蛎作为青岛近岸海洋微塑料污染的指示生物。本研究可为青岛近岸海产品中微塑料的潜在风险评估及海洋微塑料污染的监测治理提供参考。
  
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  一种赖氨酸芽孢杆菌对凡纳滨对虾生长和水质影响

  管立平1，谢晶晶1，李伟豪1，陈昊震1，温振中1，孙成波[],2,3

  2022, 49(6): 77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2022.06.010

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  为探讨一种赖氨酸芽孢杆菌对凡纳滨对虾生长、存活和养殖水质的影响。设1个试验组和1个对照组，每组3个平行，125尾对虾/桶，初始体质量 (5.18 ± 0.13) g、体长 (9.40 ± 0.18) cm、水温(26 ± 2) ℃、盐度30、试验时间10 d。试验组定期添加浓度为0.463×109 CFU/mL的赖氨酸芽孢杆菌菌液，试验组和对照组NH4+-N质量浓度变化范围分别为(0.05 ± 0.01) ~ (5.51 ± 0.09) mg/L、(0.05 ± 0.01) ~ (6.07 ± 0.22) mg/L。NO2--N质量浓度变化范围分别为 (0.07 ± 0.01) ~ (0.13 ± 0.01) mg/L、(0.07 ± 0.01) ~ (0.19 ± 0.01) mg/L。NO3--N质量浓度变化范围分别为 (0.07 ± 0.01) ~ (0.81 ± 0.07) mg/L、(0.07 ± 0.01) ~ (1.26 ± 0.07) mg/L。pH的变化范围分别为 (7.10 ± 0.01) ~ (7.74 ± 0.01)、(7.03 ± 0.01) ~ (7.74 ± 0.01)。结果显示：赖氨酸芽孢杆菌对养殖水体中的NH4+-N、NO2--N和NO3--N的控制及pH调控具有极显著效果 (P<0.01) ；试验组和对照组终末体质量分别为 (7.01 ± 0.38) g、(6.78 ± 0.23) g终末体长分别为 (9.67 ± 0.08) cm、(9.63 ± 0.04) cm，试验组相比于对照组有明显的提高但两者不存在显著性差异 (P>0.05)；试验组存活率 (77.07% ± 1.22%) 显著高于对照组 (71.73% ± 2.81%) 具有显著效果 (P<0.05) 。研究表明，赖氨酸芽孢杆菌有助于促进凡纳滨对虾生长、存活和水质调控。
  
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  pH急性胁迫对方斑东风螺行为及免疫酶活性的影响

  丁瑞霞1,2,3，黄星美2,3，赵旺2,3，邓正华2,3，陈恒大3，温为庚2,3，马振华2,3，王江勇4

  2022, 49(6): 84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2022.06.011

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  为揭示方斑东风螺(Babylonia areolata) 在低pH和高pH胁迫时的急性毒性和生理变化，以pH=8.0为对照组，pH=5.0、6.0、7.0和9.0为试验组，测定方斑东风螺体内4种免疫酶：谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和酸性磷酸酶(ACP)活性。结果显示：不同时间pH胁迫对免疫酶活性有显著影响（P＜0.05），而不同pH胁迫对免疫酶的活力没有显著影响（P＞0.05）；方斑东风螺经过pH急性胁迫后，在低pH和高pH的水体养殖6 h后都出现了活力下降、爬壁缓慢，而在48 h后开始出现死亡；各试验组GSH-PX活性均呈现“抑制-诱导”的变化趋势；随着时间的不断延长，各pH处理组CAT活力均呈现“诱导-抑制-诱导”的变化趋势；4）POD活性总体表现出了“诱导-抑制”的趋势；低pH处理组（pH=5.0、6.0）ACP活性表现出“诱导-抑制”的趋势。该研究对于方斑东风螺的养殖具有参考意义，同时丰富贝类免疫系统方面的基础资料。
  
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  池塘多营养级养殖水体的初级生产力及影响因子分析

  赵宇曦1,2，刘兴国1，陆明1,3，周润锋1,2，肖述文1,2，孙照云1,4

  2022, 49(6): 91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2022.06.012

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  为了解池塘多营养级养殖水体初级生产力的变化规律及关键影响因子，本研究构建了黄颡鱼（Pelteobagrus fulvidraco）多营养级养殖系统，于2020年9~11月和2021年3~8月，分别采用黑白瓶法、显微镜计数法、国标检测法，对养殖系统内养殖区、净水区两区的水体初级生产力、浮游植物生物量、水体理化指标进行了逐月调查。结果显示：养殖区、净水区初级生产力分别为1.90 ± 0.77 g/m2·d、3.05 ±1.43 g/m2·d，浮游植物生物量分别为0.45 ± 0.29 mg/L、0.81 ± 0.53 mg/L，差异显著（P＜0.001, P=0.002），且季节波动明显，均在9~11月、3~4月降低，5~7月升高。养殖区、净水区浮游植物生物量主要受水温、光照、磷酸盐影响。养殖区水体初级生产力主要受水温、氨氮、溶氧影响；净水区初级生产力主要受水温、硝酸盐氮、浮游植物生物量影响。本研究旨在阐明黄颡鱼多营养级养殖池塘的基本生态特征，为黄颡鱼高效养殖提供理论参考。
  
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  盐度胁迫对曼氏无针乌贼胚胎发育和生长性能的影响

  黄伟卿1,2,3，陈宇光1，张艺4，乔莹5，马笑晚5，周逢芳1,2，阮少江1,2，丁建发1,2

  2022, 49(6): 100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2022.06.013

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  为了探究曼氏无针乌贼胚胎发育和生长的适宜盐度，在水温（22.5±1.5）℃条件下，将曼氏无针乌贼受精卵置于试验组，盐度分别为5（S5）、10（S10）、20（S20）、30（S30）和40（S40），并以本地海区盐度24（S24）为对照组，分析不同盐度对胚胎发育和子代的生长性能的影响。结果显示：曼氏无针乌贼胚胎发育时序分为17个阶段，试验组S30完成整个胚胎发育的时间最短为19 d 3 h，且孵化率为（90.5±4.4）%，显著高于其他组（P<0.05），试验组S5、S10和S40分别在胚胎发育至2细胞期、16细胞期和原肠晚期后停止发育；在盐度20~30区间，采用keys氏公式y＝axb拟合1~30日龄的曼氏无针乌贼子代胴长（x）与体质量（y）的生长式型，b≈3呈等式生长；养殖30 d，试验组S30的体质量绝对增加率、绝对增长率和体质量特定生长率分别为（0.33±0.12）g/d、（0.12±0.02）cm/d和（0.35±0.24）%/d，均显著大于对照组（P<0.05）。研究表明，盐度30较适宜曼氏无针乌贼胚胎生长发育。
  
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  基于机器视觉的鲤、鲫鱼性状测量系统的设计与实现

  周晓林，马超，王兆平，杨慧，王延晖，张开松，穆林，张芹，杨兴丽，李治勋

  2022, 49(6): 108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2022.06.014

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  在鱼类育种、渔业资源调查和水产养殖的过程中，均需要对鱼体的体长、体厚、体高等性状参数进行测量。传统测量方法主要采用人工测量方式，劳动强度大、效率低、测量精度低。利用机器视觉技术进行鱼类性状测量可以有效提高测量效率和精度，易于实现自动化。本研究基于机器视觉技术，设计了一个一体化性状测量平台，将鱼类图像采集与分析、体质量与可量性状测量、PIT扫码集成到一个平台，可实现对鲤、鲫鱼性状参数的精确测量。对鱼体2D图像进行性状测量时，需要进行像素校准，由于每条鱼体厚不同，传统的固定像素校准平面在鱼体厚较大时，难以实现精确测量。本研究设计了一种像素校准方法，即在采集鱼体图像时，通过距离传感器测定鱼体体厚，根据体厚大小，确定每条鱼轮廓面的像素校准参数，减小测量误差，提高鱼体可量性状测量的准确性。以鲤、鲫鱼人工测量结果作为对照，比较该系统的测量误差，结果显示，随着鱼体体厚的增加，体长、体高、头长、尾柄长、尾柄高、体厚等参数的相对测量误差没有显著增大。体高和体长相对误差最大值为1.05%、-1.39%；头长、尾柄高、尾柄长和体厚等相对误差最大值分别为1.73%、-2.79%、-2.88%和-2.1%，绝对误差值均小于1 mm。体质量相对误差最大值为-0.36%。该系统满足鲤、鲫鱼性状测量要求。  
  
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  基于YOLOv5模型的鱼类数量统计方法改进研究

  覃学标1 黄冬梅1, 2 宋巍1 贺琪1 杜艳玲1 袁小华1

  2022, 49(6): 118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2022.06.015

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  在渔业养殖过程中，需要定期对养殖池内鱼的数量进行监测。针对现有方法中存在的漏检问题，提出基于YOLOv5模型的局部优选以及改进输出尺度的鱼类数量统计方法。通过增加检测鱼的头部、尾部等局部信息，从鱼的全身、鱼的头部、鱼的尾部三个类别中优选数量最多的类作为数量统计的结果以解决漏检的问题。同时，针对鱼的全身、鱼的头部和鱼的尾部在图像中显示为大尺度或中尺度目标的情况，增加了这两类目标的特征输出以提高模型对目标的检测能力，使得模型能够适用于当前条件下的数量检测。结果显示，通过本方法统计出的数量与人工计数相比误差较小，准确率为96.3%，检测的帧速率为111 fps。在YOLOv5模型的基础上，应用局部优选的策略使得统计数量提高了37.4%，对输出尺度的改进使得统计数量提高了4.9%。该研究可以应用于渔业养殖鱼群数量统计和鱼类检测等方面。
  
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  超声辅助酶法提取罗非鱼皮胶原蛋白及其溶解特性

  李家柔1，何静怡1，许惠雅1，井璐楠1，施文正1,2

  2022, 49(6): 127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2022.06.016

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  以罗非鱼皮为原料，探究了超声辅助酶法提取罗非鱼皮胶原蛋白的最佳工艺及其溶解特性。采用超声功率、加酶量、超声时间作为单因素试验自变量，并进行响应面优化，求得使胶原蛋白得率最高的提取条件。将罗非鱼皮超声辅助酶法所得胶原蛋白（Ultrasonic pepsin-soluble collagen, UPSC）和常规酶法所得胶原蛋白（Pepsin-soluble collagen, PSC）进行蛋白得率、紫外光谱及溶解特性分析比较。结果显示：最优提取工艺为超声功率165 W、超声时间26 min、加酶量1.67%，此条件下UPSC得率（62.26%）显著高于PSC（29.02%）。紫外光谱分析得到二者的最大吸收峰均在230 nm而不是280 nm处，符合Ι型胶原蛋白特征。在不同pH条件下，UPSC的相对溶解度几乎均高于PSC。研究表明：超声辅助酶法是一种高效、环保、简便的提取罗非鱼皮胶原蛋白的方法，适合工业化生产。本研究不但提供了超声辅助酶法提取罗非鱼皮胶原蛋白的最佳工艺，而且所得胶原蛋白得率高、相对溶解度较好，为其在食品加工方面的应用提供了依据。