王 彬,房立晨,董 婧,*,李玉龍,劉修澤,李軼平,孫 明,王文波

1 遼寧省海洋水產(chǎn)科學(xué)研究院,大連 116023 2 遼寧省海洋生物資源與生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,大連 116023

大型水母是膠質(zhì)浮游動(dòng)物的一大類群,是水生環(huán)境中重要的浮游生物組成部分[1],大型水母主要隸屬于刺胞動(dòng)物門(mén)(Cnidaria)的缽水母綱(Scyphomedusae),缽水母綱的種類一般個(gè)體較大, 大部分在海洋中浮游生活, 全球海域約有200多種,中國(guó)海域有45種[2]。我國(guó)東、黃海常見(jiàn)的大型水母主要種類有缽水母綱的海蜇(Rhopilemaesculentum)、沙蜇(Nemopilemanomurai)、白色霞水母(Cyaneanozakii)、海月水母(Aureliasp.1)、黃斑海蜇(Rhopilemahispidum)和水螅水母綱(Hydroidomedusa)的多管水母類(Aequoreidaespp.)等[3- 4]。自20世紀(jì)末以來(lái),世界多個(gè)海域頻繁出現(xiàn)大型水母暴發(fā)現(xiàn)象,對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)、海洋漁業(yè)、沿海工業(yè)和濱海旅游業(yè)帶來(lái)了巨大的災(zāi)難[5-8]。為了研究大型水母的暴發(fā)機(jī)理及災(zāi)害預(yù)警防治措施,近些年國(guó)內(nèi)外學(xué)者先后針對(duì)大型水母的暴發(fā)機(jī)理[9- 12],海區(qū)動(dòng)態(tài)分布與生態(tài)習(xí)性[13-18]、漁業(yè)資源特征[19-22]、棲息環(huán)境與餌料特征[23-28]、水母遷移溯源數(shù)值模擬和災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)研究[29-32]、生活史及形態(tài)學(xué)[33-40]、室內(nèi)受控實(shí)驗(yàn)研究[41-45]等諸多方面進(jìn)行了大量的調(diào)查研究工作,取得了豐碩的研究成果。

生態(tài)行為特征研究是大型水母生活史及暴發(fā)機(jī)理研究中的一項(xiàng)重要內(nèi)容,自然海域中大型水母的生態(tài)行為特征及運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律研究對(duì)掌握其生態(tài)習(xí)性、研究暴發(fā)機(jī)理和災(zāi)害預(yù)警防治上具有非常重要的意義和價(jià)值。受限于觀測(cè)和采樣技術(shù),傳統(tǒng)大型水母的生態(tài)行為特征研究主要依靠網(wǎng)具監(jiān)測(cè)調(diào)查[46-49]和目視觀測(cè)方法[50-51],通過(guò)網(wǎng)具捕撈或目視觀測(cè)的結(jié)果對(duì)水母分布及資源變動(dòng)進(jìn)行研究,這種方法的優(yōu)點(diǎn)是采樣方法統(tǒng)一,便于操作,可以直觀的反映出大型水母的平面分布特征,而缺點(diǎn)是對(duì)水母在水下的游泳、集群、垂直移動(dòng)規(guī)律缺乏更加直觀的判斷和分析數(shù)據(jù)。針對(duì)這種情況,新技術(shù)例如水下攝像[52]和航空影像[53]等也已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用到大型水母的監(jiān)測(cè)調(diào)查中,并各有優(yōu)缺點(diǎn)[54]。

隨著水聲探測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,國(guó)際上將高分辨率的聲吶、魚(yú)探儀和聲學(xué)遙測(cè)技術(shù)應(yīng)用于南極磷蝦(Euphausiasuperba)[55]、太平洋鱈魚(yú)(Gadusmacrocephalus)[56]和黃鰭金槍魚(yú)(Thunnusalbacares)[57]等經(jīng)濟(jì)魚(yú)類數(shù)量和行為特征[58]研究中。由于采用聲學(xué)技術(shù)可以大范圍快速的進(jìn)行資源調(diào)查,聲學(xué)技術(shù)通?？梢詰?yīng)用到魚(yú)類和浮游動(dòng)物的監(jiān)測(cè)調(diào)查中去[59]。近些年使用聲學(xué)技術(shù)對(duì)大型水母進(jìn)行資源評(píng)估和行為跟蹤目前在歐美、日本、韓國(guó)等漁業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)展了相關(guān)應(yīng)用,在資源評(píng)估、運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律等研究中展現(xiàn)出較好的觀測(cè)效果和應(yīng)用潛力。而我國(guó)在大型水母生態(tài)行為特征的水聲學(xué)觀測(cè)研究領(lǐng)域尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道,本文通過(guò)介紹國(guó)際上利用聲學(xué)技術(shù)對(duì)大型水母進(jìn)行資源調(diào)查、空間分布觀測(cè)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律等研究成果,旨在為今后我國(guó)開(kāi)展大型水母聲學(xué)調(diào)查研究提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

1 大型水母聲學(xué)目標(biāo)強(qiáng)度和資源量評(píng)估的研究

水母的聲學(xué)調(diào)查方法與傳統(tǒng)的魚(yú)類聲學(xué)調(diào)查相類似,但又不完全相同,其本質(zhì)都是通過(guò)向調(diào)查海域中發(fā)射聲波脈沖,海洋生物對(duì)聲波進(jìn)行后向散射,接收后向散射回波脈沖信號(hào),來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋生物資源進(jìn)行探測(cè)的過(guò)程。針對(duì)不同生物的空間分布特征和生態(tài)行為特征,在計(jì)算資源數(shù)量時(shí)主要使用兩種方法：回波積分法和回波計(jì)數(shù)法[60]。在回波積分法中,通過(guò)魚(yú)類目標(biāo)強(qiáng)度將回波積分值轉(zhuǎn)化成資源密度,進(jìn)而推算出被測(cè)海域的絕對(duì)資源數(shù)量,而回波計(jì)數(shù)法則是通過(guò)對(duì)單體回波的數(shù)量和強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)單體資源數(shù)量及群落結(jié)構(gòu)的估算[61],因此目標(biāo)強(qiáng)度直接影響著聲學(xué)資源評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性。近年來(lái)國(guó)外一些學(xué)者利用多種科學(xué)魚(yú)探儀對(duì)大型水母進(jìn)行了聲學(xué)目標(biāo)強(qiáng)度的測(cè)量并開(kāi)展了資源評(píng)估,同時(shí)高分辨率成像聲吶技術(shù)也應(yīng)用到了大型水母的監(jiān)測(cè)調(diào)查和資源評(píng)估中,都取得了較好的觀測(cè)效果。

Brierley等[62]使用科學(xué)魚(yú)探儀采用多頻觀測(cè)技術(shù)結(jié)合網(wǎng)具采樣連續(xù)多次對(duì)非洲納米比亞海域的羅盤(pán)金水母(Chrysaorahysoscella)和多管水母(Aequoreaaequorea)進(jìn)行了資源評(píng)估,并推薦采用通常用于區(qū)分浮游動(dòng)物和魚(yú)類回聲映像的頻差(dB difference or MVBS difference)技術(shù)[63]對(duì)大型水母和經(jīng)濟(jì)魚(yú)類進(jìn)行區(qū)分。并建立了多個(gè)探測(cè)頻率下兩種水母的單體目標(biāo)強(qiáng)度與傘徑之間的模型關(guān)系,得出兩種水母?jìng)銖胶湍繕?biāo)強(qiáng)度均為正相關(guān),對(duì)比分析了兩種水母分別在18、38、120、200 kHz的4種頻率下的目標(biāo)強(qiáng)度[64- 65](表1),測(cè)量結(jié)果被成功應(yīng)用于大西洋東南部大型水母的資源評(píng)估中。Mutlu等[66]采用雙波束回聲探測(cè)系統(tǒng)(探測(cè)頻率120 kHz和200 kHz)對(duì)黑海的海月水母(Aureliaaurita)進(jìn)行了目標(biāo)強(qiáng)度測(cè)定(表1),利用回歸分析法分別建立了海月水母的目標(biāo)強(qiáng)度與傘徑和濕重之間的模型關(guān)系。由于水母95%以上的成分為水,因此水母的聲學(xué)目標(biāo)強(qiáng)度要明顯弱于魚(yú)類,實(shí)驗(yàn)證明海月水母的目標(biāo)強(qiáng)度隨著傘徑增加而增大,但增加的速度要低于通常魚(yú)類的目標(biāo)強(qiáng)度隨著個(gè)體增加的速度。水母?jìng)銖降氖湛s頻率、水母在水中身體的方向以及水母本身的生物學(xué)特征均會(huì)對(duì)其目標(biāo)強(qiáng)度產(chǎn)生影響。Hirose等分別采用玻恩近似模型法(distorted wave Born approximation)[59]和實(shí)驗(yàn)法對(duì)日本海域內(nèi)沙蜇的單體聲學(xué)散射特征進(jìn)行了研究,建立了沙蜇在多個(gè)探測(cè)頻率下目標(biāo)強(qiáng)度與生物學(xué)特征之間的模型關(guān)系[68],同時(shí)測(cè)量的還有白色霞水母(Cyaneanozakii)和海月水母(Aureliaaurita)的聲學(xué)散射特征值,結(jié)果表明三種水母在同一探測(cè)頻率下具有不同的聲學(xué)散射特征。Kang等[69]使用科學(xué)魚(yú)探儀(探測(cè)頻率38 kHz和120 kHz)對(duì)韓國(guó)水域內(nèi)沙蜇進(jìn)行了目標(biāo)強(qiáng)度的測(cè)定(表1),建立了單體沙蜇傘徑與目標(biāo)強(qiáng)度之間的模型關(guān)系,發(fā)現(xiàn)在兩種探測(cè)頻率下沙蜇的目標(biāo)強(qiáng)度隨著傘徑增加呈線性增長(zhǎng),與沙蜇共生的水母蝦對(duì)沙蜇聲學(xué)目標(biāo)強(qiáng)度的影響較小可以忽略不計(jì),并建議這些測(cè)定的結(jié)果可以應(yīng)用到大型水母聲學(xué)調(diào)查中來(lái)評(píng)估沙蜇的分布和生物量。Robertis等[70]采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法對(duì)北太平洋楚科奇海和北極地區(qū)的咖啡金黃水母(Chrysaoramelanaster)進(jìn)行了聲學(xué)目標(biāo)強(qiáng)度的測(cè)定,分析了咖啡金黃水母在38 kHz和120 kHz兩種頻率下的聲學(xué)目標(biāo)強(qiáng)度(表1)。Graham等[71]采用科學(xué)魚(yú)探儀對(duì)太平洋東部加利福尼亞海域4種缽水母：海月水母(Aureliaaurita)、紫紋海刺水母(ChrysaoraColorata)、太平洋黃金水母(Chrysaorafuscescens)和煎蛋水母(Phacellophoracamtschatica)進(jìn)行了資源評(píng)估,分別采用現(xiàn)場(chǎng)法和玻恩近似模型法對(duì)該海域內(nèi)缽水母在5種不同頻率(18、38、70、120 、200 kHz)下的單體散射特征進(jìn)行了對(duì)比分析(表1)。采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法時(shí),針對(duì)兩種頻率的聲學(xué)映像采用了2種不同的閾值設(shè)定,其中38 kHz探測(cè)頻率下水母檢測(cè)的下限閾值為-80 dB,200 kHz探測(cè)頻率下水母檢測(cè)的下限閾值為-85 dB。Gorbatenko等[72]采用科學(xué)魚(yú)探儀(探測(cè)頻率38 kHz和120 kHz)對(duì)勘察加半島西部陸架海域內(nèi)的霞水母(Cyaneaspp.)和咖啡金黃水母(Chrysaoramelanaster)進(jìn)行了多頻聲學(xué)觀測(cè)評(píng)估,評(píng)估了鄂霍次克海東部陸架水域大型水母的資源量,分析了霞水母和咖啡金黃水母的暴發(fā)季節(jié),通過(guò)多頻聲學(xué)映像對(duì)比后發(fā)現(xiàn),霞水母和咖啡金黃水母在垂直空間分布和運(yùn)動(dòng)特征方面均表現(xiàn)出巨大的差異,在結(jié)合網(wǎng)具采樣后,作者又進(jìn)一步對(duì)水母攝食浮游動(dòng)物的行為及水母暴發(fā)對(duì)狹鱈產(chǎn)卵場(chǎng)的影響進(jìn)行了深入研究,進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了多頻聲學(xué)觀測(cè)技術(shù)對(duì)膠質(zhì)浮游生物進(jìn)行觀測(cè)和資源評(píng)估的優(yōu)越性。Tomohiko等[73]對(duì)比了科學(xué)魚(yú)探儀的回波圖像中小型魚(yú)類和水母聲學(xué)映像特征的區(qū)別：水母的回波圖像通常為近似圓形,魚(yú)類的回波圖像通常為月牙形或波浪形[74]。Han等[75]運(yùn)用高分辨率成像聲吶監(jiān)測(cè)了日本近岸Honjo District鹽湖水域中海月水母的豐度和空間分布,根據(jù)高分辨率的聲吶圖像對(duì)傘徑4.1 cm至19.6 cm(平均13.1 cm)的水母進(jìn)行定性和定量分析,而且此方法獲取的水母總平均密度是傳統(tǒng)網(wǎng)具方法的3.3倍,得出結(jié)論傳統(tǒng)網(wǎng)具等方法可能低估了大型水母資源量的結(jié)論。采用高分辨率成像聲吶技術(shù)調(diào)查大型水母,即使在低可見(jiàn)度的水體中也可以提供了近似于視頻質(zhì)量的水下生物的聲學(xué)影像,盡管水母的聲學(xué)影像沒(méi)有魚(yú)類清晰,但是可以通過(guò)水母體本身的輪廓、水中的方位乃至生殖腺等特征將水母與魚(yú)類有效鑒別出來(lái),結(jié)合網(wǎng)具調(diào)查的結(jié)果,該方法在淺海水域是一種精確調(diào)查水母豐度和分布的方法[75]。

表1通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法、實(shí)驗(yàn)測(cè)定法和模型計(jì)算法測(cè)定的一些水母在不同的探測(cè)頻率(kHz)下的的目標(biāo)強(qiáng)度(dB)

Table1Estimatesoftargetstrength(dB)atvariousfrequencies(kHz)usingthemodelcalculationmethodandinsituorexsitumeasurementsofjellyfishthroughouttheworld

種類Species傘徑/cmBelldiameter不同探測(cè)頻率下的目標(biāo)強(qiáng)度(dB)Targetstrengthatvariousfrequencies18kHz38kHz70kHz120kHz200kHz測(cè)量方法及參考文獻(xiàn)Methodandreferences羅盤(pán)金水母26．8-51．5-46．6—-50．1—現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法[62]Chrysaorahysoscella17—54—-67．3—-52．8———實(shí)驗(yàn)測(cè)定法[64]41-60．0-65．5—-68．0-70．5現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法[64]37．9-53．4-49．0—-52．9—現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法[65]多管水母7．4-68．1-66．3—-68．5—現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法[62]Aequoreaaequorea19—28—-65．4—-50．1———實(shí)驗(yàn)測(cè)定法[64]6．5-66．0-66．5—-71．5-73．0現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法[64]6．6-68．2-66．7—-72．8—現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法[65]海月水母15．5———-54—-67—實(shí)驗(yàn)測(cè)定法[66]Aureliaaurita11．5————-58—-6810．8———-76．4—現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法[67]沙蜇Nemopilemanomurai19．3—38．0—-79．04—-59．68—-65．82—-59．59-72．20—-64．06實(shí)驗(yàn)測(cè)定法[68]21—65—-59．2—-41．1———實(shí)驗(yàn)測(cè)定法[69]21—46———-60．1—-51．9—實(shí)驗(yàn)測(cè)定法[69]白色霞水母30．0—-47．08—-48．59-63．20實(shí)驗(yàn)測(cè)定法[68]Cyaneanozakii40．0—-40．0—-44．51-55．08咖啡金黃水母Chrysaoramelanaster25．0—-60．1——-60．5現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法[70]加利福尼亞海域四種缽水母FourspeciesofscyphozoanjellyfishoffcentralCalifornia33．426．2—-53．9-63．9-54．9—-59．9—-61．8-70．5-64．0現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法[71]模型計(jì)算法[71]

—表示未進(jìn)行該探測(cè)頻率下水母目標(biāo)強(qiáng)度的測(cè)定

2 生態(tài)行為特征與空間分布監(jiān)測(cè)研究

聲學(xué)技術(shù)在大型水母生態(tài)行為學(xué)和空間分布監(jiān)測(cè)的應(yīng)用同樣具有較好的效果。Lee等[76]使用科學(xué)魚(yú)探儀結(jié)合雙頻識(shí)別聲吶與質(zhì)點(diǎn)跟蹤測(cè)速法對(duì)中國(guó)黃海沙蜇的垂直分布和游泳速度進(jìn)行了觀測(cè)。結(jié)果表明,沙蜇主要分布在0 m至40 m的水層,平均的游泳速度是傘徑的0.6倍。蒙特卡洛模型給出沙蜇游泳速度是傘徑的0.46至0.89倍。此結(jié)果可以作為建立水母洄游模型的一項(xiàng)重要指數(shù),對(duì)預(yù)測(cè)沙蜇的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有重要意義。Kaartvedt等[77]分別使用兩種科學(xué)魚(yú)探儀對(duì)挪威Lurefjorden峽灣中的紫藍(lán)蓋緣水母(Periphyllaperiphylla)進(jìn)行了連續(xù)3個(gè)月的聲學(xué)觀測(cè)后發(fā)現(xiàn),紫藍(lán)蓋緣水母的晝夜行為變化特征具有多樣性。通過(guò)架設(shè)在深度為280 m的海底,向海面發(fā)射聲波的回聲儀器記錄的映像(水母檢測(cè)的下限閾值為-100 dB),Kaartvedt將該種水母的行為特征劃分為4類,一類主要以單體形式在海水表層至100 m水深范圍內(nèi)進(jìn)行晝夜遷移活動(dòng)；二類白天主要在160 m至200 m水層范圍內(nèi)活動(dòng),黃昏時(shí)刻逐漸向上層游動(dòng),黎明時(shí)分開(kāi)始向下層水域游動(dòng)；三類為個(gè)體較小的水母,白天活動(dòng)范圍在200 m至海底,夜晚移動(dòng)范圍覆蓋整個(gè)垂直水層；四類為個(gè)體較大的水母,主要出現(xiàn)在130 m至底層范圍內(nèi)。研究結(jié)果表明,聲學(xué)觀測(cè)方法在研究水母行為特征方面比網(wǎng)具方法表現(xiàn)出更強(qiáng)的優(yōu)越性。Colombo等[67]使用科學(xué)魚(yú)探儀結(jié)合水下攝像機(jī)對(duì)亞得里亞海南部克羅地亞沿海Big Lake-BL湖泊中海月水母的目標(biāo)強(qiáng)度(表1)和行為特征進(jìn)行了觀測(cè)和評(píng)估,在120 kHz的聲學(xué)回波映像(水母檢測(cè)的下限閾值為-85 dB)在對(duì)水母行為特征、游泳速度以及晝夜運(yùn)動(dòng)規(guī)律變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中展現(xiàn)出良好的效果,白天通過(guò)聲波圖像和光學(xué)影像可以清晰的觀測(cè)到水母的所在水層低于溫躍層(15 m至30 m的水層),與溶解氧最大的一層保持一致,Colombo利用120 kHz的聲波映像,采用回聲積分法計(jì)算了該區(qū)域海月水母的數(shù)量；夜間水母與中層和底層的魚(yú)類混合在一起共同棲息,主要分布于15 m水深處的溫躍層。

3 超聲波生物遙測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

近年來(lái),隨著水下聲學(xué)通訊和定位技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,使得運(yùn)用聲學(xué)生物遙測(cè)技術(shù)對(duì)海洋生物的生態(tài)行為規(guī)律進(jìn)行跟蹤成為可能。使用聲學(xué)生物遙測(cè)技術(shù)對(duì)水生生物行為規(guī)律、洄游特征進(jìn)行研究在歐美、日本等國(guó)家的漁業(yè)資源調(diào)查與評(píng)估領(lǐng)域得到了相關(guān)應(yīng)用,在銀大馬哈魚(yú)(Oncorhynchuskisutch)[78]、大白鯊(Carcharodoncarcharias)[79]、烏賊(Sepiaofficinalis)[80]以及中華鱘(Acipensersinensis)[81]行為學(xué)研究中均取得了良好的效果。其原理是將體積較小,內(nèi)置溫度、鹽度和深度傳感器的聲學(xué)信標(biāo)(pinger)置于待跟蹤生物的身體上(體內(nèi)或體外),通過(guò)超聲波向信號(hào)接收系統(tǒng)傳輸本跟蹤生物的溫度、鹽度和深度、位置等理化信息,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水生生物的跟蹤和定位。相比于魚(yú)類和頭足類[82]的聲學(xué)信標(biāo)跟蹤,大型水母屬于浮游生物,在信標(biāo)類型的大小、材質(zhì)、植入方法和超聲波跟蹤頻率的選擇都具有一定的特殊性。

Honda等[83]對(duì)12只傘徑在0.8 m至1.6 m的沙蜇游泳深度進(jìn)行了聲學(xué)信標(biāo)跟蹤,結(jié)果顯示：沙蜇具有頻繁的垂直運(yùn)動(dòng)特征,游泳深度范圍在0 m至176 m之間,絕大多數(shù)沙蜇單體的平均游泳深度小于40 m；冬季日本海北部沙蜇的游泳深度要明顯高于秋季日本海南部沙蜇的游泳深度,這一結(jié)果表明,沙蜇的活動(dòng)范圍與海洋的垂直結(jié)構(gòu)有明顯關(guān)系,夜晚的游泳深度要明顯高于白天。中午時(shí)刻的游泳深度相對(duì)于清晨明顯變淺,午夜的游泳深度要明顯高于夜間的其他時(shí)間段。Gordon等[84]在對(duì)沿岸和河口附近棲息的澳大利亞箱型水母(Chironexfleckeri)進(jìn)行聲學(xué)信標(biāo)跟蹤時(shí)發(fā)現(xiàn)：水母的游泳速度、行為特征受到時(shí)間(白天和黑夜)和空間(沿岸和河口)雙重因素的影響。在沿岸附近的水母,白天和黑夜的游泳速度基本相同,但是在河口附近棲息的水母群,夜間的游泳速度要明顯高于白天；棲息在沿岸附近的水母在各個(gè)潮位的移動(dòng)速率基本相同,而在河口附近棲息的水母,中潮時(shí)的游泳速率要明顯高于高潮和低潮時(shí)的游泳速率,結(jié)果還顯示,大規(guī)模的水母群有從沿岸向河口附近移動(dòng)的趨勢(shì)。

4 研究展望

近十幾年以來(lái),我國(guó)學(xué)者通過(guò)傳統(tǒng)手段針對(duì)渤海、黃海和東海大型水母的遷移規(guī)律、海區(qū)動(dòng)態(tài)分布和發(fā)生地溯源進(jìn)行了大量的監(jiān)測(cè)調(diào)查研究工作,系統(tǒng)研究了我國(guó)大型水母資源量動(dòng)態(tài)變動(dòng)、季節(jié)分布及海區(qū)分布移動(dòng)規(guī)律,為我國(guó)大型水母自然生態(tài)學(xué)和暴發(fā)機(jī)理研究做出了巨大貢獻(xiàn)。通過(guò)在東海區(qū)連續(xù)多年的大型水母監(jiān)測(cè)調(diào)查及室內(nèi)實(shí)驗(yàn),分析了東海區(qū)大型水母的暴發(fā)成因、生態(tài)類型、動(dòng)態(tài)分布規(guī)律、大型水母分布區(qū)的漁業(yè)資源特征、浮游動(dòng)物特征等[4, 9, 12- 13, 19- 21, 27, 40, 47]科學(xué)問(wèn)題。并圍繞我國(guó)近海水母暴發(fā)的關(guān)鍵過(guò)程、機(jī)理及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)等問(wèn)題,在黃、東海區(qū)開(kāi)展了連續(xù)數(shù)年大范圍的大型水母資源量調(diào)查、生態(tài)環(huán)境調(diào)查和大量的室內(nèi)受控實(shí)驗(yàn)研究[8, 10- 11, 16, 18, 22- 24, 28, 30- 32, 43- 45, 50, 85- 86],分析了大型水母的暴發(fā)機(jī)理、發(fā)生地、種群動(dòng)態(tài)、海區(qū)分布和漁業(yè)資源、溫度鹽度、餌料生物等環(huán)境因子的相關(guān)制約機(jī)制等科學(xué)問(wèn)題,勾繪出黃、東海大型水母沙蜇發(fā)生、分布、移動(dòng)的示意圖。在渤海和黃海北部研究了中國(guó)北部海域?yàn)?zāi)害性水母白色霞水母、沙蜇、海月水母的生活史及繁殖生物學(xué)特征,通過(guò)水母螅狀體、碟狀體多角度室內(nèi)受控實(shí)驗(yàn)、連續(xù)十多年的野外水母監(jiān)測(cè)調(diào)查等手段[17, 26, 35- 39, 41- 42, 48, 87]分析了遼東灣多種大型水母的繁殖生物學(xué)、暴發(fā)誘因、生態(tài)類型及發(fā)生分布移動(dòng)規(guī)律等。目前通過(guò)傳統(tǒng)調(diào)查技術(shù)和研究方法在大型水母生態(tài)學(xué)和暴發(fā)機(jī)理研究上已經(jīng)做出了巨大的貢獻(xiàn),聲學(xué)技術(shù)作為探查水中目標(biāo)的有效方法,可以在傳統(tǒng)網(wǎng)具調(diào)查、目視調(diào)查等方法的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步應(yīng)用在水母的自然生態(tài)行為特征、產(chǎn)卵繁殖規(guī)律、晝夜行為規(guī)律、在海流、潮汐等作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等研究中,并提高水母資源評(píng)估的準(zhǔn)確性和客觀性,值得我國(guó)水母研究科研工作者進(jìn)一步關(guān)注。

目前的研究在大型水母聲學(xué)目標(biāo)強(qiáng)度測(cè)定方面已經(jīng)積累了一些數(shù)據(jù)(表1),目前的研究結(jié)果表明,在通常用于漁業(yè)資源聲學(xué)調(diào)查的探測(cè)頻率下,大型水母產(chǎn)生明顯的聲散射信號(hào)[62, 67-69],多個(gè)研究表明相同探測(cè)頻率下同種水母的聲學(xué)目標(biāo)強(qiáng)度與傘徑大小正相關(guān)[62, 66, 69],這些研究成果為今后的大型水母監(jiān)測(cè)調(diào)查工作提供了有力參考。聲學(xué)技術(shù)監(jiān)測(cè)水母的優(yōu)點(diǎn)在于監(jiān)測(cè)范圍廣,可以同時(shí)監(jiān)測(cè)水母的水平和垂直分布,具有在渾濁或者昏暗的水體中也可以監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)[62,75]。但仍然存在一些問(wèn)題：由于水母95%以上的成分為水,水母的聲學(xué)目標(biāo)強(qiáng)度要明顯弱于魚(yú)類,水母?jìng)銖降氖湛s頻率、水母在水中的方位以及水母本身的生物學(xué)特征均會(huì)對(duì)其聲學(xué)散射強(qiáng)度產(chǎn)生影響[64,66],與大型水母共存的一些其他水母類、櫛水母類、海鞘類等膠質(zhì)浮游動(dòng)物以及其他非膠質(zhì)浮游動(dòng)物等都有可能對(duì)其聲學(xué)目標(biāo)強(qiáng)度產(chǎn)生貢獻(xiàn)，影響大型水母聲學(xué)信號(hào)識(shí)別的精確度[67]。一些研究結(jié)果顯示,同一探測(cè)頻率下大型水母的目標(biāo)強(qiáng)度會(huì)呈現(xiàn)周期性的波動(dòng)[64, 66],同種類乃至不同種類大型水母不同個(gè)體間的聲學(xué)目標(biāo)強(qiáng)度值往往差異較大[68],而不同的研究者采用不同的測(cè)量方法可能導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果存在一定差異[68,70]。因此以往大型水母目標(biāo)強(qiáng)度的測(cè)量結(jié)果在實(shí)際的大型水母聲學(xué)監(jiān)測(cè)調(diào)查中只能作為參考,還需要在實(shí)地實(shí)驗(yàn)和調(diào)查中進(jìn)行驗(yàn)證[72]。為了避免噪聲和一些弱的散射信號(hào)對(duì)水母散射信號(hào)的干擾,各國(guó)學(xué)者針對(duì)不同水母種類在不同探測(cè)頻率下給出了不同的目標(biāo)閾值設(shè)定[67, 71, 76],因此聲學(xué)技術(shù)在大型水母實(shí)地監(jiān)測(cè)調(diào)查中應(yīng)用,還應(yīng)該根據(jù)具體水母種類、自然環(huán)境條件和其他海洋生物分布狀況等具體情況篩選適當(dāng)?shù)恼{(diào)查儀器和技術(shù)參數(shù)。關(guān)于在大型水母和魚(yú)類等海洋生物的聲學(xué)回聲映像區(qū)分技術(shù)方面,目前多頻聲學(xué)觀測(cè)技術(shù)[62]、分析大型水母和魚(yú)類回聲映像的形狀差異[73]等方法已經(jīng)被探索并應(yīng)用于大型水母與魚(yú)類等海洋生物在科學(xué)魚(yú)探儀的聲學(xué)回聲映像鑒別中,而高分辨率成像聲吶[75]由于提供了近似于視頻質(zhì)量的聲學(xué)影像,也是一種識(shí)別大型水母和魚(yú)類聲學(xué)影像的有效手段。值得注意的是,由于上述大型水母聲學(xué)調(diào)查工作中仍然存在的一些技術(shù)難點(diǎn),目前大型水母的聲學(xué)監(jiān)測(cè)調(diào)查和資源評(píng)估更多的應(yīng)用在大型水母高優(yōu)勢(shì)度的海域,并往往需要利用網(wǎng)具、水下攝像等方法作為輔助調(diào)查手段[62,67,72, 74],聲學(xué)技術(shù)在大型水母監(jiān)測(cè)調(diào)查和資源評(píng)估的中應(yīng)用還需要進(jìn)一步的研究。

目前國(guó)際上聲學(xué)技術(shù)在大型水母的資源評(píng)估和行為生態(tài)學(xué)研究中的應(yīng)用,已經(jīng)展現(xiàn)了聲學(xué)技術(shù)在大型水母資源評(píng)估、運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律研究方面較好的觀測(cè)效果和應(yīng)用潛力,同時(shí)也為我國(guó)開(kāi)展大型水母聲學(xué)監(jiān)測(cè)調(diào)查提供了良好的借鑒。建議可以結(jié)合實(shí)際情況,借鑒國(guó)際上采用科學(xué)魚(yú)探儀、高分辨率成像聲吶、聲學(xué)信標(biāo)等方法對(duì)大型水母進(jìn)行監(jiān)測(cè)調(diào)查和資源評(píng)估的研究成果,將聲學(xué)技術(shù)逐步研究并應(yīng)用到我國(guó)大型水母監(jiān)測(cè)調(diào)查中的以下方面：

(1)大型水母聲學(xué)調(diào)查和資源量評(píng)估

漁業(yè)資源聲學(xué)調(diào)查評(píng)估方法具有快捷、采樣效率高、原始數(shù)據(jù)保存以及調(diào)查對(duì)象不受損等優(yōu)點(diǎn)[88]。由于大型水母實(shí)際分布水層并不局限于某個(gè)水層,目前利用網(wǎng)具和目視等方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)估在時(shí)間和空間上覆蓋和監(jiān)測(cè)范圍較小,建議借鑒國(guó)外學(xué)者對(duì)大型水母聲學(xué)調(diào)查和資源量評(píng)估的結(jié)果和經(jīng)驗(yàn),增加聲學(xué)技術(shù)對(duì)大型水母進(jìn)行資源調(diào)查的方法。首先研究我國(guó)近海各種大型水母的聲學(xué)目標(biāo)強(qiáng)度值,并嘗試采用科學(xué)魚(yú)探儀、高分辨率成像聲吶等開(kāi)展大型水母的資源量調(diào)查和評(píng)估,結(jié)合網(wǎng)具和目視等方法,可以更加準(zhǔn)確清晰的評(píng)估海區(qū)中大型水母的資源量和空間分布,從而對(duì)大型水母的暴發(fā)監(jiān)測(cè)和災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)等方面提供科學(xué)依據(jù)。

(2)大型水母自然生態(tài)習(xí)性研究

對(duì)大型水母開(kāi)展自然生態(tài)習(xí)性的研究,可通過(guò)聲學(xué)監(jiān)測(cè)手段長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)大型水母沙蜇、海蜇、白色霞水母、海月水母等的主要分布水域,特別是目前的研究結(jié)論所推斷的大型水母的主要發(fā)生地水域,開(kāi)展連續(xù)的定點(diǎn)式聲學(xué)觀測(cè),觀測(cè)大型水母棲息的水層、晝夜垂直移動(dòng)狀況、游泳速度、季節(jié)遷移規(guī)律以及產(chǎn)卵繁殖等自然生態(tài)習(xí)性。同時(shí)可嘗試在某些大型水母,例如沙蜇體內(nèi)放置聲學(xué)信標(biāo),對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的跟蹤監(jiān)測(cè),特別是監(jiān)測(cè)其產(chǎn)卵期間的分布移動(dòng)規(guī)律。此方法能更加深入了解大型水母的自然生態(tài)習(xí)性和分布移動(dòng)規(guī)律,從而為尋找大型水母發(fā)生地,揭示暴發(fā)機(jī)理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(3)重點(diǎn)水域大型水母動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警

大型水母暴發(fā)給海洋漁業(yè)、沿海工業(yè)、濱海旅游業(yè)帶來(lái)了巨大危害,對(duì)暴發(fā)水域的大型水母監(jiān)測(cè)和預(yù)警則需要系統(tǒng)性規(guī)范的監(jiān)測(cè)。目前大型水母漂移聚集機(jī)理、監(jiān)測(cè)和預(yù)警等方面的研究不夠完善,相關(guān)系統(tǒng)性的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺乏,無(wú)法準(zhǔn)確了解大型水母自主運(yùn)動(dòng)規(guī)律和生態(tài)學(xué)習(xí)性,目前需要改進(jìn)和規(guī)范水母監(jiān)測(cè)技術(shù),建立和完善水母立體化業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),建立更完善的水母預(yù)警模式[89]。利用聲學(xué)手段在大型水母暴發(fā)對(duì)人類活動(dòng)危害較大的水域,開(kāi)展連續(xù)性聲學(xué)監(jiān)測(cè),并結(jié)合傳統(tǒng)調(diào)查方式、水下攝像、航空影像等新技術(shù),則可以連續(xù)監(jiān)控大型水母的分布移動(dòng)和數(shù)量變動(dòng)狀況,實(shí)現(xiàn)連續(xù)性立體監(jiān)測(cè)預(yù)警,完善我國(guó)大型水母動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)手段進(jìn)而進(jìn)行水母災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報(bào)。

隨著漁業(yè)聲學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,聲學(xué)調(diào)查和評(píng)估結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性已逐漸被廣泛認(rèn)可,世界各國(guó)學(xué)者逐漸將聲學(xué)技術(shù)用于大型水母的資源數(shù)量和行為特征的觀測(cè)研究,取得了較好的觀測(cè)效果,也為我國(guó)在大型水母聲學(xué)測(cè)量研究方面提供了借鑒和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)漁業(yè)水聲學(xué)研究始于20世紀(jì)90年代,先后多次用于南海重要經(jīng)濟(jì)魚(yú)類[90]、長(zhǎng)江中華鱘[91]、南極磷蝦[92]等資源的定量評(píng)估中,并均取得了良好的效果。近年來(lái),隨著漁業(yè)水聲學(xué)技術(shù)在我國(guó)的蓬勃發(fā)展,在人工魚(yú)礁[93]、網(wǎng)箱養(yǎng)殖[94]、南海外海頭足類[95]等新領(lǐng)域也得到了推廣和應(yīng)用,為我國(guó)漁業(yè)資源高效管理和科學(xué)規(guī)劃提供了客觀、科學(xué)的依據(jù)。我國(guó)聲學(xué)觀測(cè)技術(shù)在魚(yú)類、海洋哺乳類動(dòng)物評(píng)估領(lǐng)域中的成功應(yīng)用,也為我國(guó)開(kāi)展大型水母的聲學(xué)觀測(cè)與評(píng)估技術(shù)研究提供了研究基礎(chǔ)和技術(shù)保障。加強(qiáng)聲學(xué)技術(shù)在大型水母監(jiān)測(cè)調(diào)查、資源評(píng)估和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律研究方面的應(yīng)用,對(duì)更好的了解大型水母的自然生態(tài)習(xí)性、海區(qū)分布移動(dòng)規(guī)律、掌握其暴發(fā)機(jī)理并采取有效防治措施具有重要意義。

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