楊 吉， 鄔玉嬌， 李曉兵， 尼瑪?shù)┰觯?達(dá) 瓦， 張 占，劉國勇， 許家煒， 柯森繁， 李衛(wèi)東， 李冬晴， 石小濤*

(1. 三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2. 三峽大學(xué)，湖北省魚類過壩技術(shù)國際科技合作基地，湖北 宜昌 443002；3. 中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222；4. 西藏自治區(qū)水利電力規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，西藏 拉薩 850000；5. 河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇 南京 210024)

水利工程(水電站、農(nóng)田水利工程等)可通過增加水的調(diào)度進(jìn)行發(fā)電、作物灌溉以增加社會經(jīng)濟(jì)效益，但其對水生態(tài)系統(tǒng)[1-2]和淡水魚類[3]產(chǎn)生了不利影響，大壩的修建會阻礙洄游性魚類的上溯，引水結(jié)構(gòu)和抽水活動更會造成幼魚或成魚的損傷和死亡[4]。為解決該問題，可采取部署物理屏障等措施防止魚類進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域。雖然物理屏障可以防止一些魚類被夾帶[5]，但其成本高昂[6]，難以安裝和維護(hù)[7]，因此，作為不對魚類造成傷害的非結(jié)構(gòu)性措施，聲音輔助誘趨魚措施被廣泛應(yīng)用于水利工程[8]。

水環(huán)境中充斥的生物和非生物的聲音對魚類的生存和繁殖至關(guān)重要[9-10]，其在魚類之間的交流、交配行為、獵物和捕食者的發(fā)現(xiàn)、定向和遷徙及棲息地選擇中發(fā)揮重要功能[11]。已有研究表明，魚類對單頻音和寬頻音具有不同的行為反應(yīng)。在聲壓為83 dB (dB 為聲壓級單位)時(shí)，藍(lán)鰭金槍魚(Thunnus thynnus)對400～500 Hz 的單頻音最為敏感[12]；270 Hz 振動的板材聲對虹鱒(Oncorhynchus mykiss)具有吸引作用[13]。大西洋鮭(Salmo salar)幼魚對10 Hz 的聲音存在逃避行為[14-15]。鰱(Hypophthalmichthys molitrix)通常對寬頻音表現(xiàn)出負(fù)趨音反應(yīng)[16]。在渡船聲的影響下，黑帶嬌麗魚(Amatitlania nigrofasciata)的躲避行為增加，歐洲鰷(Hemiculter leucisculus)和三刺魚(Gasterosteus aculeatus)都有明顯的逃避行為[17-18]。這些現(xiàn)象表明魚類能夠?qū)Ω鞣N聲音做出反應(yīng)且可以區(qū)分不同大小或頻率的聲音，這種檢測聲音并確定聲源方向的能力被稱為聲源定位[19]。在其他感官無法有效運(yùn)作的條件下，聲源定位可以為魚類尋找獵物、避開捕食者和危險(xiǎn)水域提供重要的空間線索[20]。因此，找出不同魚類敏感的負(fù)趨音作為聲學(xué)屏障以減少魚類可能受到的危害至關(guān)重要。

目前，國外已建過魚設(shè)施大部分是以鮭科(Salmonidae)魚類為主要過魚對象[21]，而中國過魚設(shè)施的主要過魚對象大部分是鯉科(Cyprinidae)魚類[22]，通過聚焦研究鯉科魚類可解決我國大量過魚設(shè)施對魚類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的共性需求[23]。本研究結(jié)合前人的經(jīng)驗(yàn)，采用單頻音和寬頻音兩種形式對草魚進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過草魚幼魚應(yīng)對水下不同聲音的行為反應(yīng)，判斷并篩選其敏感的負(fù)趨音，為過魚設(shè)施中輔助誘驅(qū)魚手段及水利結(jié)構(gòu)中避免魚類的夾帶提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置與材料

實(shí)驗(yàn)水槽參照Vetter 等[24]的方法，采用尺寸為9.0 m×0.6 m×1.0 m 的狹長混凝土水槽，水槽底部及側(cè)面貼上邊長為0.6 m 的白色瓷磚，以便觀察實(shí)驗(yàn)魚在水槽中的位置。在水下喇叭的前方距離水槽兩端1.2 m 的位置放置攔網(wǎng)，防止實(shí)驗(yàn)魚游入喇叭后方，實(shí)驗(yàn)區(qū)域?qū)嶉L6.6 m (圖1)。實(shí)驗(yàn)過程中，槽內(nèi)水溫為20～25 °C，水深保持在0.5 m。水槽上方架設(shè)兩臺攝像機(jī)(紅外網(wǎng)絡(luò)攝像頭，焦距4 mm，幀率24 Hz，?？低?，每次實(shí)驗(yàn)開始前，進(jìn)行視頻錄制，以記錄實(shí)驗(yàn)魚在聲音播放時(shí)的行為反應(yīng)。

圖1 實(shí)驗(yàn)水槽1.水槽，2.隔網(wǎng)，3.水下?lián)P聲器，4.攝像頭，5.支撐桿。Fig. 1 Experimental flume 1. flume, 2. netting, 3. underwater loudspeaker, 4. camera, 5. supporting rod.

實(shí)驗(yàn)材料為草魚(Ctenopharyngodon idella)，屬鯉形目(Cypriniformes)鯉科雅羅魚亞科(Leuciscinae)草魚屬(Ctenopharyngodon)，鯉形目魚類除了具有耳、魚鰾、側(cè)線等器官外，還具有韋伯氏器[25]，使得鯉形目魚類的聽覺系統(tǒng)更為完善，聽力更加敏感、范圍更廣，且草魚為中國主要淡水魚類養(yǎng)殖對象，分布于中國各大水系，故使用草魚作為實(shí)驗(yàn)用魚。草魚取自當(dāng)陽市草魚養(yǎng)殖場，體長為7～15 cm。實(shí)驗(yàn)前，將購得的草魚放在直徑為2 m 的鋼化玻璃缸中，進(jìn)行48 h 的饑餓暫養(yǎng)，全天不間斷充氧，選擇體表無傷，活性良好的魚進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

本實(shí)驗(yàn)所有操作嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)動物福利倫理和動物實(shí)驗(yàn)安全審查規(guī)范，并按照水產(chǎn)動物實(shí)驗(yàn)倫理審查委員會制定的規(guī)章制度執(zhí)行。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)位于湖北宜昌，于4—5 月進(jìn)行，采用單頻音和寬頻音這兩種不同的音頻對草魚進(jìn)行趨音性實(shí)驗(yàn)，以獲得更準(zhǔn)確、可使結(jié)論推導(dǎo)范圍更廣的結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)中單頻音實(shí)驗(yàn)共用魚30 尾，寬頻音實(shí)驗(yàn)共用魚30 尾。每次實(shí)驗(yàn)觀察單尾魚的行為反應(yīng)，單頻音和寬頻音實(shí)驗(yàn)各重復(fù)30 組，共60 組。每組實(shí)驗(yàn)10 min，在每次實(shí)驗(yàn)開始前記錄實(shí)驗(yàn)魚在水槽中自由游泳10 min 的視頻作為空白對照。

魚類趨音行為的定義 正趨音反應(yīng)：當(dāng)播放聲音開始15 s 內(nèi)游向聲源，并且從遠(yuǎn)離聲源的一端在30 s 內(nèi)魚游過水槽中線(5 m 處)，記為1次反應(yīng)。負(fù)趨音反應(yīng)：當(dāng)播放聲音開始15 s 內(nèi)游離聲源，并且從靠近聲源的一端在30 s 內(nèi)魚游過水槽中線(5 m 處)，記為1 次反應(yīng)。中性反應(yīng)：既不符合 “正趨音反應(yīng)” ，又不符合 “負(fù)趨音反應(yīng)” 。連續(xù)反應(yīng)：如果魚有 “負(fù)趨音反應(yīng)” ，就繼續(xù)進(jìn)行聲音實(shí)驗(yàn)。當(dāng)魚游過中線時(shí)，一端停止播放聲音，另外一端開始播放聲音。這樣來回交替更換聲源位置，記錄魚來回游動次數(shù)。如果魚有2 次或更多次趨音反應(yīng)即有 “連續(xù)反應(yīng)” 。

游泳速度的定義 實(shí)驗(yàn)魚在1 次經(jīng)過水槽中線后并在30 s 內(nèi)再次經(jīng)過水槽中線，這種躲避聲音的行為記為一次反應(yīng)。在這2 次經(jīng)過水槽中線的時(shí)間內(nèi)實(shí)驗(yàn)魚的平均速度為反應(yīng)速度；平均反應(yīng)速度為所有反應(yīng)速度的平均值；實(shí)驗(yàn)魚的最大反應(yīng)速度為實(shí)驗(yàn)魚的反應(yīng)速度最大值；總平均速度為在實(shí)驗(yàn)時(shí)間10 min 內(nèi)實(shí)驗(yàn)魚的平均速度。

聲音的采集 單頻音的合成：使用Cool editor pro 軟 件 合 成500、1 000、1 500、2 000、2 500 和3 000 Hz 的單頻音。寬頻音的錄制：揚(yáng)子鱷(Alligator sinensis) 吼叫聲在安徽鱷魚繁殖研究中心錄制，用竹竿綁住水聽器放于離揚(yáng)子鱷1.5 m的位置，待其吼叫時(shí)進(jìn)行錄制，再選取其中有效的聲音部分用Cool editor pro 軟件進(jìn)行處理，得到一段4.8 s 的音頻。

單頻音實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)開始前讓魚在實(shí)驗(yàn)水槽中適應(yīng)2 h 左右。開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，觀察魚的位置，當(dāng)魚靠近一端的水下喇叭時(shí)播放一段30 s 的單頻音(500、1 000、1 500、2 000、2 500 和3 000 Hz)，若實(shí)驗(yàn)魚在15 s 內(nèi)游離聲源并在30 s 內(nèi)游過水槽中線(5 m)，則記為1 次反應(yīng)，并關(guān)掉正在播放的水下喇叭，打開另一端的水下喇叭繼續(xù)播放聲音，若魚繼續(xù)反應(yīng)，則如此反復(fù)交替更換聲源，直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束，單次實(shí)驗(yàn)時(shí)間為10 min。

為盡量減少之前實(shí)驗(yàn)音對魚的影響，待實(shí)驗(yàn)魚休息15 min 后，再播放另一種單頻音，直到6種單頻音都播放完畢。單頻音實(shí)驗(yàn)共用草魚30 尾。待實(shí)驗(yàn)完成后，將實(shí)驗(yàn)魚保存好，待進(jìn)行下一步寬頻音實(shí)驗(yàn)。

寬頻音實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)以揚(yáng)子鱷吼叫聲作為聲音刺激源，使用進(jìn)行過單頻音實(shí)驗(yàn)的魚作為實(shí)驗(yàn)魚，讓魚休息15 min 后開始播放揚(yáng)子鱷吼叫聲，若實(shí)驗(yàn)魚有反應(yīng)則來回更換聲源，直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束，單次實(shí)驗(yàn)時(shí)間為10 min。

在實(shí)驗(yàn)開始前，先讓實(shí)驗(yàn)魚在水槽中適應(yīng)2 h左右。開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，觀察魚的位置，當(dāng)魚靠近一端的水下喇叭時(shí)播放揚(yáng)子鱷吼叫聲，若魚有反應(yīng)，則繼續(xù)交替放音，直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束。寬頻音實(shí)驗(yàn)共用草魚30 尾。6 種單頻音加上空白對照組和1 種寬頻音，共8 類實(shí)驗(yàn)(n=8)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

水下喇叭附近聲場的表征 將聲級計(jì)與水聽計(jì)相連，測量水下喇叭播放聲音后的聲音強(qiáng)度。測量時(shí)，單頻音及揚(yáng)子鱷吼叫聲的聲強(qiáng)值都取5 s 內(nèi)的平均值，然后用Origin 8.1 軟件畫出測出的聲場圖，且只測量實(shí)驗(yàn)區(qū)域的聲場，即兩個(gè)攔網(wǎng)之間的區(qū)域(長6.6 m，寬0.6 m)。將水槽劃分為0.1 m×0.4 m 的網(wǎng)格，在靠近水槽邊壁的位置劃分為0.05 m×0.40 m 的網(wǎng)格進(jìn)行測量，共測量153 個(gè)點(diǎn)，測量水深為22 cm。測量所有播放的單頻音及寬頻音，用Origin 8.1 軟件畫出測量的聲場圖。

聲音的反映 通過測量均方根電壓(rms)并使用Cool Edit Pro 2.1 軟件轉(zhuǎn)換為以dB 為單位的相對聲壓水平，計(jì)算每個(gè)頻率的相對聲壓級(SPL)。采用2 048 點(diǎn)快速傅里葉變換(漢寧窗)和采樣率為44.1 kHz 的方法計(jì)算了聲波的頻率和功率譜，用Origin 8.1 軟件畫出聲強(qiáng)頻率圖。

數(shù)據(jù)分析方法 使用跟蹤軟件Logger Pro 3.8.5.1 軟件對錄像進(jìn)行分析。Logger Pro 打點(diǎn)的時(shí)間間隔為1 s，每個(gè)視頻共打點(diǎn)600 個(gè)，以確定每個(gè)時(shí)刻實(shí)驗(yàn)魚的位置。以每條魚作為觀察對象，對游泳速度和消耗時(shí)間進(jìn)行量化，并統(tǒng)計(jì)魚的反應(yīng)次數(shù)、游過水槽中線的總次數(shù)、反應(yīng)速度、最大反應(yīng)速度、總平均速度及首次游過水槽中線所需時(shí)間，使用單因素方差分析(One Way-ANOVA)分析魚的反應(yīng)次數(shù)和游泳速度等數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果

2.1 聲音在水槽中的分布

對播放的6 種單頻音和揚(yáng)子鱷吼叫聲進(jìn)行聲場圖的繪制，圖2-a～f 為播放500～3 000 Hz 的單頻音時(shí)所繪制的聲場圖。

圖2 水槽中的聲場分布圖(a) 500 Hz，(b) 1 000 Hz，(c) 1 500 Hz，(d) 2 000 Hz，(e) 2 500 Hz，(f) 3 000 Hz，(g) 背景聲場，(h) 揚(yáng)子鱷吼叫聲，圖6 同。Fig. 2 Sound field distribution in flume(a) 5 00 Hz, (b) 1 000 Hz, (c) 1 500 Hz, (d) 2 000 Hz, (e) 2 500 Hz, (f) 3 000 Hz, (g) background sound field, (h) A. sinensis roar, the same as Fig.6.

播放單頻音時(shí)，最大聲強(qiáng)在水槽中喇叭附近，為130～145 dB；最低聲強(qiáng)在水槽末端，為80～95 dB。在整個(gè)水槽中聲強(qiáng)有一定的衰減，最大衰減幅度為60 dB，最小衰減幅度為42.5 dB。圖g 為水槽中的背景噪音，最大約為76.8 dB，最小約為60 dB。圖h 為播放揚(yáng)子鱷吼叫聲時(shí)所繪制的聲場圖，播放時(shí)，水槽中的最大聲強(qiáng)為130 dB，最小聲強(qiáng)為80 dB，在水槽中的衰減幅度約為50 dB。

2.2 部分聲音的聲強(qiáng)和頻率

圖3 中除了反映1 500 Hz 單頻音和揚(yáng)子鱷吼叫聲外，還對水下喇叭播放出的揚(yáng)子鱷吼叫聲進(jìn)行了描述。從圖中可以看出，空氣中的揚(yáng)子鱷吼叫聲與水下錄制的揚(yáng)子鱷吼叫聲頻率無太大差別，其峰值集中在100～500 Hz。

圖3 幾種典型的聲強(qiáng)頻率圖(a) 1 500 Hz；(b) 揚(yáng)子鱷吼叫聲；(c) 揚(yáng)子鱷吼叫聲(水下)。Fig. 3 Several typical sound intensity frequency diagrams(a) 1 500 Hz; (b) A. sinensis roar; (c) A. sinensis roar (underwater).

2.3 草魚的反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)魚的反應(yīng)次數(shù)如圖4 所示。從圖中可以看出，在空白對照組中，實(shí)驗(yàn)魚的反應(yīng)次數(shù)為(0.9±0.3)次，而在播放單頻音時(shí)，實(shí)驗(yàn)魚的反應(yīng)次數(shù)為(0.4～1.7)次。其中在播放500 Hz 時(shí)，實(shí)驗(yàn)魚的平均反應(yīng)次數(shù)最大，為(1.7±0.6)次，而播放1 500 Hz 的單頻音時(shí)，實(shí)驗(yàn)魚的反應(yīng)次數(shù)最少，為(0.4±0.3)次。與單頻音和空白對照組相比，在播放揚(yáng)子鱷吼叫聲時(shí)，實(shí)驗(yàn)魚的平均反應(yīng)次數(shù)顯著增加，高達(dá)(5.0±0.9)次(F=8.158，P＜0.000 1)。

圖4 不同聲音下草魚的反應(yīng)次數(shù)(1) 空白對照；(2) 500 Hz；(3) 1 000 Hz；(4) 1 500 Hz；(5) 2 000 Hz；(6) 2 500 Hz；(7) 3 000 Hz；(8) 揚(yáng)子鱷吼叫聲。 圖中不同字母表示有顯著差異(P ＜ 0.05)，圖5、圖7、圖8 同。Fig. 4 Times of response of C. idella under different sounds(1) blank control; (2) 500 Hz; (3) 1 000 Hz; (4) 1 500 Hz; (5) 2 000 Hz;(6) 2 500 Hz; (7) 3 000 Hz; (8) A. sinensis roar. There were significant differences between different letters in the figure (P ＜ 0.05 ), Fig. 5, Fig. 7,Fig. 8 are the same.

實(shí)驗(yàn)魚游過水槽中線的總次數(shù)如圖5 所示。在實(shí)驗(yàn)時(shí)間10 min 內(nèi)，實(shí)驗(yàn)魚反應(yīng)的總次數(shù)為實(shí)驗(yàn)魚游過水槽中線次數(shù)的總和。該圖中，空白對照組反映了實(shí)驗(yàn)魚的活躍程度。從圖中可以看出，在進(jìn)行1 500、3 000 Hz 的單頻音時(shí)，實(shí)驗(yàn)魚在水槽中來回游動的次數(shù)略低于空白對照組，但是無顯著差異。其他單頻音實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)魚來回游動的次數(shù)無明顯增加。該現(xiàn)象證明單頻音對實(shí)驗(yàn)魚在水槽中的行為表現(xiàn)無顯著影響。但是在播放揚(yáng)子鱷吼叫聲時(shí)，實(shí)驗(yàn)魚在水槽中來回游動的次數(shù)明顯增加(F=14.319，P＜0.000 1)。該現(xiàn)象表明寬頻音顯著影響了實(shí)驗(yàn)魚的行為。

圖5 不同聲音下草魚游過水槽中線的總次數(shù)Fig. 5 Total number of C. idella swimming through the middle line of the flume under different sounds

通過對比圖4 和圖5，在播放寬頻音時(shí)，實(shí)驗(yàn)魚的反應(yīng)次數(shù)和反應(yīng)總次數(shù)都顯著高于空白對照組和單頻音實(shí)驗(yàn)組。雖然在播放寬頻音時(shí)實(shí)驗(yàn)魚的反應(yīng)總次數(shù)(均值為10.9±0.9)并不完全為反應(yīng)次數(shù)(均值為5.0±0.9)，但是由于寬頻音的作用，引起了實(shí)驗(yàn)魚逃避聲源的反應(yīng)，故相較于單頻音，寬頻音更具有驅(qū)魚效果。

2.4 草魚的代表性反應(yīng)

在實(shí)驗(yàn)中，8 尾實(shí)驗(yàn)魚的代表性反應(yīng)如圖6所示。在不播放聲音時(shí)，實(shí)驗(yàn)魚在水槽中自由游動或待在攔網(wǎng)附近。與空白對照組相比，在進(jìn)行單頻音實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)魚在水槽中的游泳行為無明顯不同，但是在進(jìn)行寬頻音實(shí)驗(yàn)時(shí)，在播放聲音后，實(shí)驗(yàn)魚就立刻表現(xiàn)出了強(qiáng)烈的逃離聲源的行為反應(yīng)。并在貼網(wǎng)一段時(shí)間后繼續(xù)，在水槽中線附近來回游動。

圖6 草魚分別對單頻音及寬頻音的代表性反應(yīng)曲線圖中 “×” 代表實(shí)驗(yàn)魚的負(fù)趨音反應(yīng)。Fig. 6 Representative response curves of C. idella to single tone and broadband tone' × ' represents negative phonotaxis of the experimental fish.

2.5 實(shí)驗(yàn)魚的游泳速度

在播放揚(yáng)子鱷吼叫聲時(shí)，實(shí)驗(yàn)魚的平均反應(yīng)速度均值為0.20 m/s，而空白對照組為0.14 m/s；在播放500～3 000 Hz 的單頻音時(shí)，實(shí)驗(yàn)魚的平均反應(yīng)速度為(0.11～0.17 m/s)?？梢钥闯鲈诓シ艈晤l音時(shí)，實(shí)驗(yàn)魚的平均反應(yīng)速度與空白對照組差異不顯著，而在播放揚(yáng)子鱷吼叫聲時(shí)，實(shí)驗(yàn)魚的平均反應(yīng)速度雖高于單頻音與空白對照組，卻無顯著差異(F=1.156，P=0.348)。在不同聲音下實(shí)驗(yàn)魚的最大反應(yīng)速度范圍為(0.12～0.29 m/s)，其中在播放揚(yáng)子鱷吼叫聲時(shí)，實(shí)驗(yàn)魚的最大反應(yīng)速度最大。在播放3 000 Hz 的單頻音時(shí)實(shí)驗(yàn)魚的最大反應(yīng)速度最小，這與實(shí)驗(yàn)魚的平均反應(yīng)速度結(jié)果一致。

雖然在播放揚(yáng)子鱷吼叫聲時(shí)，實(shí)驗(yàn)魚的最大反應(yīng)速度略高于空白對照組與單頻音實(shí)驗(yàn)組，但是無顯著差異(F=1.232，P=0.308)。從圖7 中可以看出，在播放揚(yáng)子鱷吼叫聲時(shí)，實(shí)驗(yàn)魚的總平均速度為(0.10±0.01 m/s)，與空白對照組(0.06±0.01 m/s)、500 Hz (0.06±0.01 m/s)、1 000 Hz (0.05±0.01 m/s)及2 000 Hz (0.05±0.02 m/s)的單頻音實(shí)驗(yàn)組相比無顯著差異，但與1 500 Hz (0.03±0.01 m/s)、2 500 Hz (0.030±0.005 m/s)及3 000 Hz (0.04±0.01 m/s)的單頻音實(shí)驗(yàn)組相比具有顯著差異(F=6.372，P＜0.000 1)。

圖7 草魚的總平均速度Fig. 7 Total average speed of C. idella

通過比較實(shí)驗(yàn)魚對不同聲音的平均反應(yīng)速度、最大反應(yīng)速度及總平均速度可知，在空白對照組中或在播放聲音后，實(shí)驗(yàn)魚能在30 s 內(nèi)2 次經(jīng)過水槽中線，所產(chǎn)生的反應(yīng)速度相差不大。

2.6 實(shí)驗(yàn)魚首次游過水槽中線所需時(shí)間

實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，首次播放聲音后，實(shí)驗(yàn)魚游過水槽中線所需時(shí)間如圖8 所示。從圖中可以看出，播放揚(yáng)子鱷吼叫聲時(shí)，實(shí)驗(yàn)魚首次游過水槽中線時(shí)間最短，雖與空白對照組、500、1 000 及2 500 Hz單頻音實(shí)驗(yàn)組無顯著差異。但與1 500、2 000 及3 000 Hz 單 頻 音 實(shí) 驗(yàn) 組 差 異 顯 著(F=6.446，P＜0.000 1)。在進(jìn)行3 000 Hz 的單頻音實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)魚首次游過水槽中線所需時(shí)間最長，其次是1 500及2 500 Hz 的單頻音實(shí)驗(yàn)。

圖8 草魚首次游過水槽中線所需時(shí)間Fig. 8 Time required for C. idella to swim across the middle line of the flume for the first time

3 討論

魚類對聲音的趨性按其行為響應(yīng)特征可分為正趨音性和負(fù)趨音性，正趨音性即聲源對魚類產(chǎn)生吸引效果，魚類會因正趨音的存在靠近聲源；而負(fù)趨音相反，聲源對魚類產(chǎn)生驅(qū)離效果，魚類會因負(fù)趨音的存在遠(yuǎn)離聲源。

水溫變化會對魚類的生理、分布和生存產(chǎn)生影響，升高的水溫會提高新陳代謝速率，并迫使魚類遷移到較冷的水域[26]。魚類作為變溫動物，依靠行為策略來調(diào)節(jié)體溫。不同種類的魚通過熱導(dǎo)航，根據(jù)所經(jīng)歷的環(huán)境溫度來調(diào)整行為策略，從而找到它們適宜的最佳溫度[27]。草魚對水溫適應(yīng)性較強(qiáng)，適宜溫度在20～32 °C，覆蓋了4—5 月的晝夜溫差變化。本實(shí)驗(yàn)過程中水溫維持在20～25 °C，在草魚適宜溫度范圍內(nèi)，可忽略水溫對草魚行為反應(yīng)的影響。

實(shí)驗(yàn)通過對比草魚在不同聲音下的表現(xiàn)，找出了草魚敏感的負(fù)趨音，即揚(yáng)子鱷吼叫聲。在前人的研究中，Vetter 等[24]以鳙(Aristichys nobilis)為對象進(jìn)行魚類趨音性研究，并通過交替改變聲源位置的方法，觀察鳙對單頻音(500～2 000 Hz)和寬頻音(0.06～10.00 kHz)的行為反應(yīng)，結(jié)果表明鳙對船聲(寬頻音)更為敏感，表現(xiàn)出負(fù)趨音性，而對單頻音的反應(yīng)不強(qiáng)烈。劉國勇等[28]使用水下?lián)P聲器播放揚(yáng)子鱷嘶嘶聲(0.05～5.00 kHz)錄音的寬頻音，評估裸腹葉須魚(Ptychobarbus kaznakovi)的反應(yīng)次數(shù)和橫向游泳速度，研究結(jié)果表明，揚(yáng)子鱷嘶嘶聲是驅(qū)除裸腹葉須魚的有效威懾聲音。這與實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一致，該結(jié)果表明部分鯉科魚類對寬頻音的反應(yīng)更為強(qiáng)烈。

魚類對單頻音的反應(yīng)遠(yuǎn)不如對寬頻音的反應(yīng)強(qiáng)烈，產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因可能是聽力閾值的存在[29]。魚類的可聽頻率維持在固定區(qū)間內(nèi)，不同魚類的聽力閾值有所不同。聲強(qiáng)超過魚類的聽力范圍會嚴(yán)重?fù)p傷魚類的聽覺系統(tǒng)，造成不可逆的傷害[30]。實(shí)驗(yàn)的用音都在草魚的聽力范圍內(nèi)，不會對其造成損傷。有研究表明，大多數(shù)魚類能聽到的聲音頻率范圍為50～1 000 Hz，少數(shù)魚類能聽到大于3 kHz 頻率的聲音，僅有極少數(shù)魚類能夠聽 到 大 于100 kHz 頻 率 的 聲 音[31-32]。Ladich 等[33]對51 科111 種魚類的基線聽力能力進(jìn)行了描述和比較，發(fā)現(xiàn)多數(shù)鯉科魚類對300～3 000 Hz 頻率比較敏感。Vetter 等[24]的一項(xiàng)研究表明，一些鯉科魚類的聽力閾值可能會高于3 000 Hz，其中鰱和鳙可以檢測到0.1～5.0 kHz 的寬范圍頻率，它們的最低平均聽力閾值為500 Hz[34]。本研究的揚(yáng)子鱷吼叫聲寬頻音頻段范圍為0～5 000 Hz，在100～500 Hz 達(dá)到波峰，并在5 000 Hz 內(nèi)維持在較高水平，這與Vetter 等[24]的研究結(jié)果一致。

另外，實(shí)驗(yàn)選取揚(yáng)子鱷吼叫聲作為寬頻音，而草魚對此表現(xiàn)出負(fù)趨音性，其可能的原因是因捕食脅迫的存在。在遭遇捕食者時(shí)，由于視覺、聲音、氣味等對魚類感官的影響，魚類會表現(xiàn)出反捕食行為以應(yīng)對當(dāng)前的威脅[35-37]。有研究表明，在實(shí)際捕食脅迫下，草魚會在具備較高游泳性能的基礎(chǔ)上縮短反應(yīng)時(shí)滯以保證其能有效躲避捕食者，會基于自身游泳運(yùn)動能力及當(dāng)前環(huán)境中的捕食風(fēng)險(xiǎn)水平優(yōu)化其逃逸反應(yīng)[37]。朱存良[38]提出魚類會對其同類的負(fù)傷聲和逃避聲、外敵的攝食聲和游泳聲以及漁船、漁具發(fā)出的異常聲等呈負(fù)趨音性，鱷魚作為肉食性動物，因此草魚幼魚會對揚(yáng)子鱷吼叫聲產(chǎn)生逃離反應(yīng)。

在實(shí)際環(huán)境中，水下聲音復(fù)雜多變，在遠(yuǎn)岸的水體中，由于風(fēng)浪和底質(zhì)的影響，會有聲場波動，魚類會因?yàn)檫@種短暫聲場變化而產(chǎn)生反應(yīng)，但不會對魚類的生理產(chǎn)生影響。在近岸的水體中，由于人類活動的影響，會產(chǎn)生非自然噪聲，例如近岸處的城市噪聲，碼頭旁的船舶噪聲等，這類聲音頻率過大且長期存在，會給生活在周邊的魚類產(chǎn)生不可逆的影響，比如反應(yīng)遲鈍、聽覺系統(tǒng)損傷等[39]。為解決該問題，可參考本研究結(jié)論，在岸邊布置揚(yáng)聲器，使用不同魚類的敏感負(fù)趨音控制指定魚種的離岸距離，保護(hù)魚類。

研究表明，可利用寬頻音建立聲學(xué)屏障[40]，防止魚類受到引水結(jié)構(gòu)的夾帶等意外傷害，為魚類保護(hù)提供新思路。當(dāng)然，研究存在一定的不足。由于實(shí)驗(yàn)場地的限制，水槽的寬度有限，在播放聲音后，聲音在水槽中有反射，導(dǎo)致聲場分布雜亂，對實(shí)驗(yàn)魚的行為會有一定的影響[24]，如果在池塘或天然河流等地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，會消除這部分的誤差。另外，在此次實(shí)驗(yàn)中，只記錄了實(shí)驗(yàn)魚反復(fù)越過水槽中線的次數(shù)，在實(shí)際環(huán)境中，魚類的逃竄路徑十分復(fù)雜，逃竄路線的復(fù)雜程度是擺脫危險(xiǎn)的關(guān)鍵，如果能全方位地觀察魚類的游泳形態(tài)(加速度、轉(zhuǎn)彎率等)[41]，研究將更深入。

（作者聲明本文無實(shí)際或潛在的利益沖突）