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水利工程的建设阻隔了鱼类的洄游通道,导致生境破碎,影响鱼类种群遗传多样性,改变了河流水流的局部流态和温度。合理而有效的鱼道的修建可以在很大程度上的减缓鱼类所面临的洄游困境,为流域上下游水生物提供交流通道。鱼类游泳特性的研究,可为鱼道设计提供科学依据。鱼道中不同流态下相关鱼类的游泳特性研究将会受到更多关注,在这些复杂流场下的鱼类研究更具意义。 本文利用课题组鱼类运动呼吸装置以及Flow-3D软件,对鲢鳙幼鱼在均匀流场、竖缝式湍流流场和单双圆柱式绕流流场下的游泳特性进行了研究。主要研究内容及结论如下: 1.在10℃、15℃、20℃、25℃条件下,测定了鲢幼鱼连续两次重复运动后,游泳能力及运动代谢的变化。结果表明,在10~25℃温度范围内,鲢幼鱼连续运动两次的临界游泳速度均随温度升高而呈线性增加,重复运动后的临界游泳速度明显小于第1次。运动最大耗氧量(MMR)和标准代谢率(SMR)亦均随温度升高而增加,且第1次测试的耗氧率显著高于第2次的耗氧率;运动后过量耗氧率(EPOC)随着温度升高而增加,与温度相关性显著(P=0.024);第2次测试疲劳后EPOC较第1次低,疲劳运动对EPOC影响不显著;表明适宜温度范围内,温度对游泳能力和活动代谢具有促进作用,疲劳运动对鱼类游泳能力和活动代谢不利,有一定的抑制作用。 2.自然水温下,在竖缝式湍流流场中测定了鲢、鳙幼鱼的游泳能力、游泳效率及生态行为随流速的变化情况。鲢在均匀流场和竖缝湍流流场中的临界游泳速度分别为4.95±0.28 BL/s、3.96±0.26BL/s;鳙在均匀流场和竖缝湍流流场中的临界游泳速度分别为3.89±0.25BL/s、4.82±0.21BL/s。实验水流为均匀状态时,鲢幼鱼耗氧随流速的拟合关系为:MO2=512.72+19.4U1.94(R2=0.97, P<0.05);湍流流态时,关系式为MO2=335.23+169.3U1.64,(R2=0.98,P<0.05)。未通过竖缝的鲢幼鱼耗氧率随流速的变化关系拟合为:MO2=520+13.61U2.23,(R2=0.99,P<0.05)。通过竖缝的幼鱼耗氧情况分为两类,一类为通过竖缝之前的耗氧情况:MO2,1=363.91+164.97U1.01(R2=0.98, P<0.05);另一类为通过竖缝之后的耗氧情况:MO2,2=199.67+154.44U0.78(R2=0.99, P<0.05)。结果表明,均匀流场和竖缝式湍流流场中,鲢幼鱼的耗氧率都随流速的增加而增加;相同流速下,均匀流态下鲢幼鱼的耗氧率要高于竖缝湍流流态,且均匀流态下的游泳效率要高;有竖缝的流场中,鳙幼鱼的耗氧率随流速的增加而增加;通过竖缝的幼鱼的游泳效率要高于未通过竖缝的幼鱼游泳效率。 3.竖缝湍流流场下,基于视频软件对鱼类行为的统计分析得出:鱼类在低流速区停留时长显著大于在高流速区域停留时长(P<0.05),④流速区>①流速区>③流速区>②流速区,低流速时,②、③区域停留时间差异不显著(P>0.05),流速逐渐增加,②区域停留时间显著大于③区域停留时间(P<0.05);在竖缝湍流下,鲢幼鱼和鳙幼鱼的摆尾频率(TBF)都随流速(U)的增大而增大,且每个流速下鳙幼鱼的摆尾频率要大于鲢幼鱼的摆尾频率。 4.单、双圆柱式绕流流场下,测量了鲢、鳙幼鱼的游泳能力、呼吸代谢及游泳行为等随流速的变化情况。鲢在均匀流场、单圆柱流场和双圆柱流场下的游泳能力分别为7.17±0.22BL/s,6.02±0.28BL/s,7.21±0.43BL/s,鳙的游泳能力分别为4.60±0.51 BL/s,4.08±0.48BL/s,3.35±0.45BL/s。测得鲢幼鱼耗氧率随流速的增加而增加,其方程的拟合关系为:均匀流场,MO2=420.1+19.4U1.33(R2=0.97,P<0.05);单圆柱流场, MO2=436.4+21.2U1.95(R2=0.98,P<0.05);双圆柱流场,MO2=530.3+33.1U1.58(R2=0.97, P<0.05)。鳙幼鱼的耗氧率随流速的变化更具规律性,也都随进口流速的增加而增加,可用直线方程进行拟合,其方程的关系为:均匀流场,MO2=201.1+122.9U(R2=0.98, P<0.05);单圆柱流场,MO2=220.2+142.6U(R2=0.97,P<0.05);双圆柱流场,MO2=244.7+163.4U(R2=0.90,P<0.05)。单圆柱流场干扰和双圆柱流场下的摆尾频率随流速的变化关系差异性不显著,但是两者均显著小于均匀流场中的摆尾频率。以鳙幼鱼的摆尾频率为例说明:均匀流场:TBF1=0.52U+1.47(R2=97,P<0.05);单圆柱流场:TBF2=0.71U-0.06(R2=0.93,P<0.05);双圆柱流场:TBF3=0.73U-0.05(R2=0.94,P<0.05)。结果表明,单、双圆柱的干扰对鳙幼鱼游泳能力影响不明显,对鲢幼鱼的游泳能力起促进作用。三种流场下,鲢的耗氧代谢强于鳙。