Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
ПОЛЕНЮК ВИТАЛИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ
БИОФИЗИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ ПОВЕДЕНИЕМ ОБЪЕКТОВ ЛОВА АКУСТИЧЕСКИМИ СТИМУЛАМИ
Специальность 05.18.17 - Промышленное рыболовство
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Владивосток - 2007
Работа выполнена в Дальневосточном государственном техническом рыбохозяйственном университете.
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Короченцев Владимир Иванович, доктор технических наук, профессор Кудрявцев Валерий Иванович доктор технических наук, профессор Соболенко Анатолий Николаевич
Ведущая организация: ФГУП КамчатНИРО
Защита диссертации состоится л___ _________ 2007 г. в ________ часов на заседании диссертационного совета в Дальневосточном государственном техническом рыбохозяйственном университете по адресу: 690087 г. Владивосток, ул. Луговая, 52-б.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Дальневосточного государственного технического рыбохозяйственного университета Автореферат разослан л___ ___________ 2007 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук Е.В.Осипов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Одним из направлений концепции развития рыбного хозяйства РФ на период до 2020года является рациональное использование биологических ресурсов. Это направление в современных условиях характеризуется активным поиском способов более рационального использования существующей сырьевой базы и ведения добычи рыбы с минимальными финансово-временными затратами. Принципиальные вопросы прибрежного промысла, селективного океанического лова массовых объектов и рационального регулирования промысловых нагрузок по видовой и размерной градациям, требуют совершенствования технологий лова, основанных на приёмах дистанционного управления поведением рыб с использованием акустических приборов качестве инструмента управления поведением объектов лова. Методы и средства дистанционного управления поведением объектов лова в современных экономических условиях имеют прямое отношение для ведения интенсивного промысла без наращивания промысловых мощностей.
Для эффективного управления поведением объектов лова необходимо знать причины, побуждающие рыбу принимать то или иное решение в определенной ситуации.
Рыбохозяйственная наука накопила большое количество данных о поведении объектов лова, механизмах рецепции, ориентации и сигнализации рыб. Среди отечественных работ, связанных с рыболовством, звукам рыб посвящены монографии А.Ю. Непрошина (1979), Е.В. Шишковой (1977) и др.
М.Фиш (1970) описал акустические характеристики 173 видов рыб Атлантики. Материалы управления поведением рыб изложены в работах В.Р. Протасова (1965, 1973). О влиянии на результативность лова шумов судов и орудий лова представлено в материалах: Ю.А. Кузнецова (1996); Л.А. Волововой (1974); В.Р. Протасова (1965); C.J. Chapman (1969) и др. В целях выполнения Госзаказа (проблема 0.74.01.10.05. ГКНТ СМ СССР Мировой океан, раздел Гидробионика) были поставлены принципиальные вопросы освоения биоресурсов океана на основе гидробионических исследований акустических свойств рыб.
Однако до настоящего времени нет достаточно надёжных и эффективных акустических способов и средств управления поведением рыб, поэтому их применение в промышленном рыболовстве крайне ограничено. Это связа но, прежде всего, с отсутствием полных исследований акустической активности промысловых видов рыб, особенно Дальневосточного региона, точного определения и экспериментального обоснования параметров акустических стимулов, перспективных для эффективного энергетического и информационного воздействия на рыб, а также пути технической реализации соответствующих акустических систем и способов их применения на промысле. Решению сформулированных выше проблем посвящена диссертационная работа.
Внедрение подобных технологий соответствует Концепции развития рыбного хозяйства РФ на период до 2020 г. рациональное использование водных биологических ресурсов. Исследование и решение перечисленных проблем является актуальным.
Целью исследования обоснование методов и технологических принципов для создания эффективных способов и средств устойчивого дистанционного управления поведением объектов лова в зоне действия орудий лова и сооружений марикультуры.
В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решаются следующие задачи:
1. Исследование шумов моря, характеризующих акустическую обстановку обитания и формирующих мотивацию поведения промысловых гидробионтов.
2. Исследование морфофункциональных структур, их особенностей восприятия смещений и акустических колебаний в выбранном диапазоне частот, исследование пороговой чувствительности слуха промысловых рыб тихоокеанского бассейна, установление связи спектрально-энергетических и временных характеристик сигналов объектов лова с их мотивационным поведением.
3. Исследование акустической активности объектов лова, выбор стереотипов акустического поведения в качестве моделей для управляемых технологий лова; анализ энергетических и спектрально-временных характеристик сигналов, издаваемых объектами лова - сельдью, кетой, горбушей и др.
4. Биофизическое обоснование эффективных акустических стимулов для устойчивого управления поведением объектов лова в промысловых условиях с учетом биофизиологического состояния объектов промысла.
5. Разработка методик исследований для управления поведением рыб.
6.Разработка акустических приборов для управления поведением рыб и экспериментальная оценка их эффективности на основе выбранных критериев и частных показателей для управления поведения объектов лова в зоне действия орудий лова.
7.Совершенствование технологий получения дистанционной информации о количестве пойманных объектов в орудиях лова с использованием разработанных приборов.
8.Совершенствование способов лова рыб с использованием разработанных акустических приборов.
9. Разработка рекомендаций по дальнейшему совершенствованию способов лова промысловых гидробионтов с использованием акустических приборов.
Методы исследований включают: теоретические и экспериментальные биофизические обоснования управления поведением объектов лова акустическими сигналами. Для достижения указанных выше целей использовался системный принцип биоакустических исследований и бионического моделирования звукоизлучающих систем для управления поведением рыб, предложенный профессором Ю.А. Кузнецовым в 1985 г. Поставленные задачи решались с помощью проведения натурных измерений параметров акустических полей и гидрофизических характеристик морской среды. Исследования выполнялись на рыбохозяйственном полигоне Дальрыбвтуза, специально организованном в шельфовой зоне Японского моря (бухта Северная залива Петра Великого) и биостанции ТИНРО-Центра в Уссурийском заливе в разные сезоны года. Сравнение результатов измерений и оценка уловистости ставных орудий лова проводились с использованием и без применения разработанных приборов управления поведением рыб.
Достоверность исследований, научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается применением современных методов исследований и всей совокупностью данных лабораторных и натурных экспериментов. Результаты исследований подтверждены совпадением данных многократных экспериментов, качественным согласованием между результатами натурных исследований и численного моделирования, а также непротиворечивостью известным научным положениям и фактам. Применяемые измерительно регистрационные средства прошли специальные калибровки и тестовые испытания.
Научная новизна работы заключается в совокупности полученных основных результатов, выводов, предложений и рекомендаций проведенного комплекса теоретических и экспериментальных исследований.
Доказана целесообразность построения и моделирования биофизических исследований с использованием инструментальных приемов в раскрытии основных свойств и закономерностей формирования устойчивого поведения промысловых гидробионтов, в расширении знаний об акустической сигнализации некоторых стайных промысловых рыб Дальневосточного региона и возможности дистанционного управления их поведением с помощью акустических стимулов, имитирующих биологические сигналы.
Дана оценка возможного выделения и распознавания полезного сигнала объектами лова из общего спектра шумов на основе выполненных экспериментальных, сравнительных исследований акустических сигналов биотического и абиотического происхождения на фоне шумов моря. Определены и экспериментально обоснованы параметры акустических стимулов, перспективных для информационного воздействия на рыб с целью увеличения их концентрации в стационарных орудиях лова и сооружениях марикультуры, а также пути технической реализации соответствующих акустических систем и способов их применения на промысле. Новизна подтверждена новыми данными об акустической активности и поведенческих характеристиках некоторых стайных промысловых рыб. Разработаны новые конструкции сооружений марикультуры. Предложены новые способы определения количества пойманной рыбы в стационарных орудиях лова с помощью используемых в этих орудиях лова акустических приборов для концентрации рыб.
Практическая ценность работы. Разработаны акустические системы привлекающего действия, позволяющие эффективно решать задачу повышения уловистости орудий лова в интересах рационального природопользования и обеспечения экологической безопасности промысла, дана оценка их пригодности для дистанционного управления поведением рыб в промысловых условиях. Результаты исследований использованы в опытноконструкторских разработках при создании новых акустических приборов, учебном процессе и практике рыболовства по специальности промышленное рыболовство. Разработана серия излучателей, основанных на пневматике и электронных схемах, защищённые авторскими свидетельствами и патентами РФ на изобретения и использованных на кошельковом, траловом и ставном неводном лове пелагических рыб на Дальневосточном и Западном бассейнах РФ. Внедрены новые конструкции искусственных нерестилищ с акустическими приборами для управления поведением рыб в зоне действия этих нерестилищ на рыбохозяйственных предприятиях Дальнего востока. Реализация акустических средств и рекомендаций по их использованию отражена в прилагаемых к диссертации актах внедрения.
ичный вклад автора. Автор участвовал в выполнении Государственной программы Мировой океан - 071 (раздел Гидробионика) ГКНТ СМ СССР, проводимой в 70-80-х гг. группой специалистов ТИНРО и Дальрыбвтуза. В работах, выполненных в соавторстве, автор принимал равноценное участие в постановке задач, в анализе и интерпретации результатов измерений и моделирования. Автору принадлежат планирование и организация экспериментальных исследований, получение основных исследовательских результатов и их интерпретация. Основные образцы приборов, используемые для управления поведением рыб, разработаны и изготовлены лично автором.
Апробация работы и публикации. Результаты исследований и разработок докладывались и обсуждались на комиссии по гидробионике при ГКНТ СМ СССР по проблеме Мировой океан и бассейновой секции Тихий океан. Изложенные в диссертации исследования, докладывались на 2-й Дальневосточной акустической конференции Человек и океан (Владивосток, 1978), на научно-технической конференции во ВНИРО Использование физических раздражителей в целях развития морского рыбного промысла (Москва, 1982), Российской гидроакустической конференции, посвящённой 300-летию Российского флота (Владивосток, 1996), Международной научной конференции Рыбохозяйственные исследования Мирового океана (Владивосток, 1999). Международной научной конференции Рыбохозяйственные исследования Мирового океана (Владивосток, 2005). По теме диссертации опубликовано 28 работ, в том числе: 1 монография, 15 статей, 6 докладов, на научно-технических конференциях и 6 авторских свидетельств на изобретения и патенты.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Сравнительный анализ результатов исследований спектральновременных характеристик шумов моря и акустических сигналов от различных источников биотического и абиотического происхождения, характеризующих акустическую обстановку среды обитания гидробионтов и влияющих на поведение объектов лова. Обоснование способностей рыб распознавать биологически значимые сигналы, маскирующиеся на фоне шумов моря, когда уровни шумов соизмеримы или превышают уровни полезного сигнала для рыб.
2. Биофизическое обоснование особенностей восприятия смещений и акустических колебаний, определения направления на источник сигналов объектами лова, аудиограммы чувствительности, взаимосвязь спектральноэнергетических и временных характеристик сигналов объектов промысла с их мотивационным поведением.
3. Особенности звукообразования открытопузырных рыб, моделирование акустических генераторов для интенсификации лова, применения в сооружениях марикультуры и рыбозащиты.
4. Методики проведения исследований, а также приборов для управления поведение объектов лова.
5. Высокоэффективные способы лова рыб с применением приборов, создающих акустические поля для управления поведением объектов лова в зоне действия орудий лова.
6. Конструкции сооружений марикультуры для восстановления запасов гидробионтов с использованием разработанных приборов, а также рекомендации по их дальнейшему совершенствованию.
7. Технологии лова, основанные на методах дистанционного акустического воздействия на рыб - объектов лова, а также способ передачи информации о наличии уловов на расстояние.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, списка используемой литературы и приложения. Её общий объём составляет 270 страниц, включая 100 рисунков, 9 таблиц и список литературы из 241 наименований. В приложение включены копии актов внедрения, авторских свидетельств, патентов на изобретения и технической документации.
Во введении обсуждается состояния исследуемой проблемы и ее актуальность. Сформулированы основные задачи исследований, научные результаты и положения, выносимые на защиту. Приведена общая характеристика, указана научная новизна и практическая ценность работы.
Обосновывается необходимость разработки селективных орудий лова и новых приёмов рыболовства и рыбоводства с применением акустических средств для управления поведением рыб на основе знаний о поведенческих реакциях объекта лова, с точки зрения рационального использования ресурсов Мирового океана.
В первой главе дана характеристика внешней среды обитания гидробионтов, а именно, акватория Мирового океана, которая является сложной системой взаимодействующих физических полей естественного небиологического, естественного биологического и искусственного происхождения, которые влияют на изменчивость поведения рыб.
Присутствующие в океане шумы и сигналы биологического и индустриального происхождения в основном сконцентрированы в области низких частот, доступных слуху рыб. Рыбы в силу своих приспособительных свойств целенаправленно используют меняющуюся акустическую обстановку, поскольку многие сигналы и шумы несут информационную нагрузку.
Среди огромного множества функциональных приспособлений организмов в воде поведенческие приспособления являются основными. Если основной целью диссертационной работы является выявление физических факторов (рычагов), влияющих на управление поведением рыб в искусственно создаваемых акустических полях. То в первой главе поставлена задача более узкого порядка, а именно, дана сравнительная оценка биологически полезного акустического сигнала по отношению к фоновой регистрации присутствующих шумов акватории, в том числе уровни шумов которые сравнимы с уровнями полезного сигнала или превышающие его по своей интенсивности.
Также дана оценка влияния на поведение гидробионтов временных - годичных (зима, лето) и погодных условий на амплитудно-частотные характеристики зарегистрированных акустических фоновых сигналов.
Основное условие исследований заключалось в том, что станции измерения акустических сигналов находились в одних и тех же установленных экспериментом координатных точках, а измерительная аппаратура использовалась в одинаковом режиме.
На рис.1 представлены полученные нами сонограммы (А - Д) акустических сигналов, состоящие из: шумов моря, работающего излучателя АИК и проходящего катера с подвесным лодочным мотором и сигнала, издаваемого приморским гребешком.
Б А 5 2 1 Частота, кГц Частота, кГц Г В 3 4 2 2 Частота, кГц Частота, кГц Е Д 0,1 0,0,0,0,0,Частота, кГц Рис. 1. Сонограмма акустических сигналов шумов моря и излучателя АИК: А - расположенного на расстоянии 100 м от регистрирующего устройства (волнение до 1 балла); Б - расположенного на расстоянии 800 м от регистрирующего устройства (волнение до 2 баллов); В - сонограмма сигналов от действующего излучателя АИК (1), сигналов подвесного лодочного мотора (2), на фоне шумов моря (3). Расстояние от движущегося катера до гидрофона 1,5 км; Г - сонограмма шумов моря (4), акустических сигналов от действующего излучателя АИК (1) и сигналов от проходящего катера с работающим подвесным лодочным мотором (2, 3) на расстоянии 800 м до гидрофона; Д - сонограмма шумов моря (3), и сигналов гребешка (1, 2); Е - осциллограмма звуков приморского гребешка.
Также представлена осциллограмма интенсивностей сигнала приморского гребешка (Е). Откуда видно, что зарегистрированные акустические Относительные единицы Относительные единицы 0,0,0,0,0,1,2,3,5,7,0,0,0,0,0,1,2,3,5,7,0,0,0,0,0,0,Относительные единицы Относительные единицы 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,2,3,5,7,1,2,3,5,7,0,0,0,0,0,0,Относительные единицы Относительные единицы 0,0,0,0,2,3,5,7,0,1,0,0,0,сигналы, на которые оказывают влияние присутствующие шумы моря, принимают изрезанную форму. Представленные на рис. 2 спектрограммы характеризуют зависимость уровней сигнал - шум от величины ветрового волнения и расстояния до точки регистрации.
Б А Частота, кГц 2,Г В 4 1,0,Частота, кГц Рис. 2 Амплитудные уровни акустических сигналов, состоящих из шумов моря и работающего излучателя АИК, расположенного на расстоянии 100 м от регистрирующего устройства: А - волнение моря до 1 балла; Б - волнение моря до 3-х баллов; В - волнение до 2-х баллов; Г - уровни акустических сигналов, состоящие из шумов моря (волнение до 2-х баллов) и работающего излучателя АИК, расположенного на расстоянии 800 м от регистрирующего устройства Для решения технологических вопросов рыболовства, целенаправленного воздействия на поведение рыб звуковыми сигналами очень важным является, способность живых объектов распознавать полезный сигнал на фоне шумов моря, когда уровни последних соизмеримы по величине или имеют значения, превышающие величину полезного сигнала. Представленные характеристики сигналов на рис. 2, 3 подтверждают наличие таковых, но разнесенных по спектру в диапазоне частот.
На рис. 3 показаны осциллограммы шумов моря, зарегистрированные в различные времена года. Как видно из рисунка, зарегистрированные в зимнее время шумы акватории (В) имеют более равномерное, менее изрезанное за Относительные единицы 0,0,0,0,0,0,1,2,3,4,8,0,0,0,0,0,1,2,3,4,5,8,0,0,0,0,0,0,0,0,0,Относительные единицы 0,0,0,0,0,1,2,3,4,6,8,0,0,2,3,4,5,8,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,полнение, в летнее время уровень шумов выше в 2 - 4 раза (А, Б), форма сигнала более изрезанная.
Б А --1,Г В 0,--Частота, кГц Рис. 3. Осциллограммы шумов моря и зарегистрированных сигналов в точке регистрации Б: А - при волнении моря 0 - 1 баллов; Б - при волнении моря до 2-х баллов; В - осцилограмма шумов моря, зарегистрированных в точке регистрации Б в зимний период; Г - спектрограмма шумов моря, зарегистрированных в точке регистрации Б в зимний период На спектрограмме (Г) зарегистрированные в зимнее время амплитудные значения фона более низких частот незначительно (0,3 отн. ед.) превышают уровень фона более высокого диапазона, начиная с F = 150 Гц до 7 кГц.
К основным источникам, наполняющим звуковое поле в зимнее время относятся шумы, связанные с течениями, приливами и отливами, биозвуками обитающих животных, шумами, связанными с подвижкой и деформацией льда, также оказывают влияние индустриальные шумы, тепловой шум, вызываемый беспорядочным движением молекул, др. гидрофизические параметры и т.д.
Исследования показали:
1. Одним из наиболее значимых физических раздражителей в море на поведение объектов лова являются акустические шумы и сигналы биологического и техногенного происхождения. Способности рыб воспринимать зву Относительные единицы Относительные единицы Относительные единицы 0,0,0,0,0,1,2,4,7,0,0,0,ковые сигналы и определять направление на источник звука дает основание для разработки и совершенствования средств и способов управления поведением объектов лова.
2. В данной главе представлены характеристики шумов различного происхождения, показано наличие сезонной зависимости интенсивности акустического фона. Уровни шумов моря, зарегистрированных в зимний период, имеют меньшие величины по сравнению с уровнями акустического фона, зарегистрированного летом.
3. Для исследуемой акватории характерным является присутствие повторяющихся акустических сигналов, сопровождающих основной полезный сигнал, имеющих спектр частот выше спектра частот основного сигнала, повторяющих его форму, но с меньшим уровнем интенсивности, эти сигналы представляют собой гармонические помехи.
4. Показано, что с помощью регистрации акустической активности гребешка можно определять наличие и плотность заселения гребешка на данном участке акватории. Такие методики могут использоваться на других объектах для рационального ведения рыбохозяйственной деятельности в части воспроизводства и добычи гидробионтов.
5. Из полученных экспериментальных материалов можно предположить, что рыбы способны распознавать биологически значимые для них сигналы, которые маскируются на фоне шумов моря и соизмеримы с уровнем этих шумов.
Во второй главе приведены результаты исследований органов восприятия звуков рыб: показано строение, расположение и функциональные особенности таких звуковоспринимающих структур, как внутреннее ухо (представленное перепончатым лабиринтом, расположенным в слуховых капсулах задней части черепа и отвечающим за восприятие более высокочастотных сигналов), плавательный пузырь и боковая линия, расширяющая звуковой диапазон в низкочастотную (НЧ) область и играющая основную роль в определении направления на источник сигналов. Адекватным стимулом для механорецепторов боковой линии являются смещения водной среды. Боковая линия состоит из невромастов, которые представляют собой рецепторные клетки (Рис. 4) с подходящими к ним волокнами нерва (3) боковой линии.
На рис. 5 показано строение рецепторной клетки, в структуру которых входят волосковые окончания - биодиполи, являющиеся источниками электрических потенциалов и которые непосредственно участвуют в восприятие колебаний частиц воды. Во всех органах боковой линии рецепторные клетки образуют синаптические контакты (3) с подходящими к ним волокнами нерва боковой линии. Рецепторные клетки имеют характерную структуру с уплощенной апикальной поверхностью, где расположен набор волосков - стереоцилий (2) и единичная эксцентрично поставленная киноцилия (1).
Смещение частиц воды, а точнее их фронт давления, представляет собой векторную величину и воздействуют на волосок с результирующей силой F = F + F + F +ЕЕ F, приложенной к нему под различным 1 2 3 n углом в зависимости от положения тела рыбы в воде.
На рисунке 6 показано воздействие F единичных сил на волосок 1-n от колеблющихся частиц воды.
а б F F 2 B F n F Рис.5 Влияние звукового давления на волосок (киноцилию): а. Положение волоска в свободном плавании объекРис.4 Схема строения рета без воздействия звукового сигнала; б. Положение волосцепторной клетки: 1 - кинока при воздействии на волосок стабильного по уровню цилия; 2 - стереоцилии, звукового сигнала определенной частоты. в. Положение 3 - синаптические контакты колеблющегося волоска при воздействии на него результис нервными волокнами на рующего, изменяющегося по интенсивности звукового базальной поверхности сигнала во время звучания клетки В результате волосковые окончания способны совершать колебательные движения под действием этой силы смещения частиц воды. Иными словами, все волосковые окончания, получая информацию (смещение частиц воды), изменяют свое нейтральное положение, отклоняясь в ту или иную сторону. В зависимости от частоты звуковых колебаний, происходит девиация волоска. В любом случае, максимальный электрический потенциал, передаваемый в центральную нервную систему, зависит от отклонения волоска из положения ла в положение б. Сможет ли получать центральная нервная система информацию, если волосок, отклонившись, не будет получать изменяющуюся величину давления? Вопрос остается открытым и, видимо, если объект не будет изменять положение своего тела, то и отклоненный, не колеблющийся волосок не сможет передавать лотсутствующий - изменяющийся потенциал в центральную нервную систему. В тоже время при изменении положения тела относительно фронта распространения звуковой волны будет происходить изменение образуемого суммарного потенциала боковой линии. Предложенные варианты влияния звукового давления на рецепторы боковой линии позволяют сделать выводы, что для наиболее эффективного воздействия на волосковые клетки звуковыми сигналами, необходимо, чтобы их величина по интенсивности изменялась в течение времени. При этом будет происходить дополнительное возбуждение биодиполей. Посылки изменяющихся электрических потенциалов поступает в центральную нервную систему, которая принимает целенаправленное поведенческое решение.
В выполненных нами экспериментах по управлению поведением рыб с помощью акустических сигналов учитывался этот фактор. Воздействие на биодиполь изменяющегося по интенсивности акустического сигнала можно рассматривать на примере разработанной акустической приманки - излучателя АИК, осциллограмма которого показана на рис. 6.
Сигнал с наполнением спектром частот (1) в диапазоне 700-800 Гц. возбуждают лабиринт - органы внутреннего уха. Объект определяет значимость данных сигналов, а изменяющаяся во временном интервале огибающая интенсивРис.6 Осциллограмма сигнала акустического излуности этого сигнала, его модучателя Корюшка: 1 - наполнение сигнала 700-800 Гц; 2 - огибающая интенсивности сигнала.
яция (2), позволяют дополни тельно колебать отклоненные волосковые клетки (рис. 3, в), тем самым дополнительно способствует объекту определять направление на источник звука.
Разработанные нами излучающие устройства (акустические приманки) имеют интервалы звучания, длительностью до 1,5 с., которые сопровождаются паузами - молчанием, длительностью до 1,3 с. В результате воздействия на рыб кратные сигналы возбуждают сенсоры внутреннего уха и боковой линии через интервалы молчания, что увеличивает эффективность возможного определения направления объекта на источник звука. Из сказанного выше вытекает, что для определения направления на источник звуковых сигналов, рыбы изменяют положение тела, получая различную общую электродвижущую силу от волосковых окончаний на нервный канал боковой линии. В момент, когда рыба повернется головой или хвостом на направление звукового потока, ЭДС достигнет максимального значения, так как фронт звуковой волны максимально будет воздействовать на волосковые окончания.
В работе представлены характеристики двух типов строения периферических отделов слуховой системы, включающих и исключающих плавательный пузырь; описаны три типа соединения последнего с внутренним ухом;
показано, что рыбы, обладающие плавательным пузырём, демонстрируют более развитые слуховые способности по сравнению с безпузырными. На основании результатов исследований, разработана эквивалентная схема системы генерации акустических сигналов и их регистрации рыбами (рис.7).
Приведённая схема позволяет более корректно оценить процессы, происходящие в системе: водная среда - орудие лова - объект промысла, а также приблизить параметры разработанных гидроакустических систем к реальным сигналам морских биологических объектов, концентрируемых в зоне действия орудий лова.
В главе представлены экспериментальные данные, показывающие ответственность различных морфофункциональных структур рыб за восприятие звуков в различных диапазонах частот. Методика эксперимента заключалась в оценке, по изменению электрокардиограммы (ЭКГ), реакции восточного морского окуня Sebastes taczanowskii Steindachner (Scorpaenidae) и восточной скумбрии Scomber japonicus Houttuyn (Scombridae), линтактных и с лотключённой боковой линией на предъявляемые стимулы 150 Гц, 800 Гц и сигнал, издаваемый ПИ Дельфин.
Полученные данные показывают, что реакция объектов с отключённой боковой линией значительно осла бевает на сигналы более Рис.7 Эквивалентная схема взаимодействия внешних иснизкого спектра частот точников акустических сигналов с органами жизнеобеспепо сравнению с реакцичения рыб: Е - источник сигналов (звука); а, б,в - биолоей интактных рыб, прогические приёмники звуковых сигналов; L1 C1 - внутренисходит облегчение нее ухо; L2 C2 - боковая линия; L3 C3 - плавательный пузырь; А - анализатор (продолговатый мозг); RН - исполни- восприятия рецепторательная система (органы движения, органы дыхания, оргами внутреннего уха выны кровообращения, органы внутренней секреции и др.);
сокочастотных (ВЧ) RА - акустическое сопротивление среды сигналов как тональных, так и входящих в состав сложного звука Дельфин.
Установлено, что скорость восприятия звука у скумбрии значительно выше, чем у окуня, который лучше воспринимает НЧ сигналы. Предположительно это объясняется анатомическими особенностями строения внутреннего уха исследуемых объектов, которые обусловлены различием их образа жизни, групповыми отношениями, контактированием с жертвами и хищниками.
В главе показано, что при предъявлении акустического стимула для рыб (приманки или угрозы) может происходить изменение числа сокращений сердечной мышцы в единицу времени, причём, чем более значима информация угрозы, тем длительность замирания сердца больше. При этом существенным фактором при получении информации звуковых сигналов является латентный период, то есть временной интервал, необходимый объекту для ответной реакции.
На рис. 8, для примера, представлена ЭКГ скумбрии, где стрелкой указано направление движения ленты самописца.
Данные, представленные в главе, показывают: существование корреляции между спектром воспринимаемых частот и особенностями строения звуковоспринимающих органов рыб, что в свою очередь обусловлено образом жизни изучаемых объектов; возможность передачи восприятия внешней обстановки от одного рецептора к другому, когда один из рецепторов попадает в неблагоприятные для получения информации условия.
Важным для рыболовства является то, что в силу своей адаптации морфофункциональное строение органов слуха, включая центральРис.8. Электрокардиограмма скумбрии с хорошо выраженным ную нервную сисзамиранием сердца: А - амплитуда сокращений сердечной тему объектов лова, мышцы; f - предъявляемый сигнал; a - участок с фоновой регинесут ответственстрацией; b - получение объектом звуковой информации; c - ность за восприятие замирание сердечной мышцы объекта; d - возбуждение объекта акустических сигналов и формирование поведенческих актов.
В главе 3 выполнены исследования слуховых способностей промысловых рыб тихоокеанского бассейна, приведены аудиограммы чувствительности.
Для сокращения диапазона и выбора оптимального спектра необходимых частот при разработке излучающих устройств, большой интерес представляют определение пороговой чувствительности рыб. Органы, отвечающие за локализацию звуковых сигналов, воспринимают эти сигналы в определённом диапазоне частот и в определённых уровнях сигнала. Сигналы, со значительными величинами уровней давления, локализуются рецепторами рыб и несут для них, как правило, информацию угрозы.
Чувствительность у рыб к интенсивности сигнала на различных частотах различна. Знание пороговой чувствительности рыб позволяет сократить диапазон используемых частот для разработки излучателей, а также облегчает проведение экспериментов по определению реакции рыб на акустические сигналы. Исследования проводили с выловленными ставным неводом в заливе Петра Великого промысловыми тихоокеанскими рыбами. Объекты исследований выбирались исходя из трёх предпосылок: 1 - исследуемые виды должны быть промысловыми; 2 - рыбы должны представлять разные экологические группы; 3 - группа исследуемых рыб должна охватывать всё морфологическофункциональное разнообразие органов восприятия звука.
Ещё одним важным условием, ограничивающим выбор исследуемых рыб, являлась их выживаемость при длительном содержании в аквариальных условиях.
Исходя из этих положений, а также с учётом возможностей выработки условных рефлексов на звук, нами были выбраны следующие виды рыб:
1. Восточный морской ёрш Selastodes taezanowskii steind.2. Японская скумбрия Scomber japonicus.3. Тихоокеанская сельдь Clupea harengus pal.(val.).4.
Тихоокеанская сардина Sardinops sagax melanosticfa.5. Дальневосточная краснопёрка Leuciscus brandti (Dylouski).6. Звёздчатая камбала Pleuronects stellatus.7. Южный однопёрый терпуг Pleurogrammus azonus.
На рис. 9 показаны аудиограммы промысловых рыб. Из полученных кривых можно сделать выводы, что самый острый слух у таких рыб как японская скумбрия, тихоокеанская сардина, тихоокеанская сельдь. Это объясняется тем, что данные рыбы пелагические, обладающие большими скоростями по отношению к другим испытываемым рыбам, а значит они подвержены к более скоростной оценке обстановки для принятия адекватной ответной реакции в окружающей их среде обитания. Знание аудиограммы, полученной при известных уровнях окружающего шума и зависимости между величиной порога и уровнем окружающего спектрального или полосового шума, позволяет оценить слуховые способности в естественных условиях обитания, а это очень важно при анализе поведения в различных акустических полях, в частности, при оценке влияния шумов судов, орудий лова, а также при исследовании различных акустических излучателей во взаимодействии с орудиями лова, т.е. сигналов, формирующих целенаправленное поведение рыб.
Количественные характеристики слуха рыб разных экологических групп создают благоприятную перспективу для выбора рабочего диапазона частот при разработке средств управления поведением рыб.
Однако, природные мотивы поведения объектов исследования в их естественных условиях обитания и на промысле гораздо сложнее, чем простые суждения о присутствии звуковых составляющих 20 40 80 160 300 500 960 1300 2600 3900 52Частота сигнала, Гц в сигналах и шумах, формирующих двиРис.9 Аудиограммы некоторых видов дальневосточных промыгательные реакции.
словых рыб: 1 - Восточный морской ерш (Sebastodes tacПоэтому сопутстzanowskii steind); 2 - Японская скумбрия (Scomber japonicus);
вующие поведению 3 - Тихоокеанская сельдь (Clupea harengus pallasi (Val.); 4 - Тихоокеанская сардина (Sardinops sagax melanosticta); 5 - Дальне- внутренние и восточная краснопёрка (Leuciscus brandti (dybouski); 6 - Звёздвнешние мотивы чатая камбала (Pleuroneetes stellatus); 7 - Южный однопёрый стали предметом терпуг (Pleurogrammus azonus) последующих исследований В четвертой главе выполнены исследования поведенческих реакций рыб в ответ на предъявляемые акустические сигналы Одним из отличительных признаков различных видов рыб в жизненном цикле особей является двигательная активность. Оценку двигательной активности можно рассматривать по их скорости и характеру движения, манере взаимодействия между собой при движении, подразумевающую образование косяков или одиночное плавание непосредственно у дна, в толще воды, в верхних ее слоях и так далее. В представленных материалах статьи показаны некоторые поведенческие акты японской скумбрии (Scomber japonicus), тихоокеанской сельди (Clupea harengus pal.(val.), тихоокеанской сардины (Sardinops sagax melanosticfa), как адаптированных свободно плавающих, так и подверженных возбуждению различными акустическими стимулами.
Уровень сигнала, дБ В этой главе описаны выполненные работы по изучению поведения рыб в зоне действия акустических полей, также показано, что эти объекты возбуждаются и проявляют наибольшую подвижность при достижении сходства по спектрально-временным характеристикам предлагаемых сигналов с биосигналами. Они отвечают направленным движением на низкочастотные сейсмоакустические колебания, генерируемые пневмоизлучателями (ПИ). О направленном воздействии на рыб низкочастотных колебаний свидетельствуют и опыты других исследователей.
В качестве звукоизлучающих средств в бассейне (4х1х0,7) использовали японский прибор FC-12 с фонотекой различных акустических сигналов биологического происхождения, а также таких сигналов, как шум дождя, звуки плещущихся рыб, шумы от работающего двигателя судна и.т.д., также использовались: имитатор звуков сельди (ИЗС), в котором заимствован механизм излучения сельди и, как показывают испытания его на промысле, имеет привлекающее значение для охотоморской нагульной сельди; воздушнопузырьковая завеса (ВПЗ), которая является преградой для сельди; имитатор звуков дельфинов (ИЗД), который был изготовлен для экспериментов как опытная модель и состоял из двух узлов (пневматического и керамического источников сигналов), создающих в воде некоторое физическое подобие поля питающихся дельфинов.
На рис. 10 показано как скумбрия ведет себя в спокойном состоянии после адаптации в бассейне (фоновом состоянии) и не подвержена воздействию раздражителей, представляющих собой физические поля, а так же воздействию каких-либо других внешних стимулов. До предъявления сигналов поведение адаптированной скумбрии отличалось спокойным движением всех особей по большей части аквариума. Скорость движения особей была в пределах от 10 до 25 см./с в зависимости от времени проведения эксперимента.
Особи скумбрии находятся в свободном плавании и выполняют вращательные движения типа мельница в радиусе, примерно, 0,7 метра и преимущественно держалась в 5 - 7 секторах бассейна. Создание такого вращательного движения основано на присутствии зрительного фактора у рыб. Происходит ориентация на впереди движущуюся особь, в частности ориентацию на хвостовой плавник. Таким образом, достаточно трех особей, чтобы получить вращение Уживого колесаФ из рыб. Направление вращения наблюдалось, как правило, в одну и ту же сторону и соответствовало противоположному направлению движения стрелок часов. Эта маленькая живая модель вращательного движения скумбрии отражает особенности ее поведения в активном, жизненном цикле, в естественных условиях.
На рис. 11 показан более плотный косяк скумбрий, которые повторяют описанную выше поведенческую модель вращательного движения, находясь в естественных условиях обитания [www.Oceanlight.com].
Рис. 11. Вращательное движение скумбрии в Рис. 10 Вращательное движение скуместественных адаптированных условиях брии в аквариальных адаптированных условиях.
В то же время, при предъявлении акустических, значимых стимулов от излучателей, скумбрии переходят из состояния свободного вращательного движения и совершают организованное направленное перемещение по бассейну. Первостепенно эту значимость легко определить по скоростям, с которыми скумбрия отвечает на стимулы.
Серия опытов на скумбрии по определению реакции на акустические стимулы в бассейне проводилась дважды со сменой расположения излучателя в 0 зоне и в 9 зоне. Сравнительный анализ распределения скумбрии, представленных на гистограммах (рис. 12) по аквариуму при предъявлении различных стимулов не даёт ярко выраженной направленной реакции на источник, хотя некоторое отклонение от середины и наблюдается при его включении.
Как видно из рисунка, несколько смещены максимумы расположения особей в сторону от излучателя при предъявлении сигналов с частотной модуляцией (200-700 Гц), тонального сигнала 600 Гц, сигналов от японского национального инструмента и звуков касатки (№2), которые отличаются от других низкочастотным расположением основных максимумов в общем спектре частот. На гистограммах поведение скумбрии носило поисковый характер, при распределении особей, предпочтение отдается центральным зонам бассейна.
% % 2 5 6 7 Зоны Зоны а) б) % 30 % 0 0 2 1 3 3 5 Зоны Зоны в) г) Рис. 12. Гистограммы распределений скумбрии относительно излучателя: а - предъявление частотно-модулированного сигнала (200-700 Гц); б - предъявление сигнала национальный японский инструмент; в - предъявление тонального сигнала (600Гц);
г - предъявление сигнала касатки №2; 1 - излучатель находится в 0 зоне бассейна;
2 - излучатель находится в 9 зоне бассейна В выполненных экспериментах и представленных на покадровой съемке (рис. 13) показано движение скумбрии, возбужденной акустическими сигналами от излучателя ИЗД. В первоначальный момент после включения акустических стимулов от излучателя ИЗД скумбрии переходят из состояния свободного вращательного движения, они совершают направленное движение. Максимальная скорость скумбрии при включении сигналов от излучателя ИЗД достигала 100 см/с. Разница между фоновым поведением скумбрии и возбужденной стимулами очевидна, так как она пелагическая, активная, скоростная рыба. Максимальные скорости у скумбрии, к примеру, по отно шению к тихоокеанской сельди превышают почти в два раза и могут достигать 400 см/с.
Наибольшие изменения ЭКГ сардины наблюдаются при предъявлении сложных по спектрально-временным характеристикам сигналов от ПИ Дельфин (волны смещений, инфразвуки и низкочастотные звуки).
Результаты наблюдений за поведением тихоокеанской сардины (двигательной активностью) показывают, что действие сигнала вызывает изменение Мс (среднее распределение рыб по зонам в течение 1 минуты с момента предъявления сигнала) по сравнению с фоновым распределением рыб (Мф), а также приведены количественные значения отношения величины скорости при действии сигнала к фоновому значению скорости (Vc/Vф). Как видно из таблицы, наибольшая реакция избегания опасной зоны (наибольшая разница Рис. 13 Движение скумбрии в бассейне при предъявлении акустического стимежду Мс и Мф) наблюдается при деймула ИЗД ствии пневматического излучателя типа Дельфин (Мс=2,05 и Мф=4,4).
Эксперименты показали, что тихоокеанская сардина на стимул частотой 800 Гц во всех случаях предъявления приближалась к источнику излучаемых сигналов, осуществляя по бассейну поисковые перемещения. Скорости её перемещения по бассейну резко возрастали. При этом аналогичная закономерность поведения и распределения по бассейну была замечена у сельди, когда предъявлялся сигнал, адекватный по спектрально-временным характеристикам сигналам сельди. Нужно заметить, что сигналы этого стимула имеют наиболее плотное спектральное заполнение на частотах 800 Гц, что представляет некоторую аналогию биологическим сигналам сельди.
Наблюдая за поведением рыб, было отмечено, что во время предъявления им акустических сигналов, представляющих собой приманку (хоть в бассейнах, хоть в садках), они не перемещались мгновенно на источник звука, а первоначально их движения походили на поисковые. Далее, в процессе предъявления сигнала, перемещение происходило в сторону излучателя. Это говорит о том, что объект анализирует ситуацию, в которую попадает, а после этого начинает приближаться постепенно к источнику сигнала. Такие поисковые движения позволяют рыбам более точно ориентироваться на источник звука.
При изменении положения тела объекта исследования по отношению к источнику звука, качественно может улучшаться определение направления на источник сигнала, также это позволяет качественно определять уровни необходимого сигнала, т.к. в естественной среде обитания рыб присутствуют различные естественные шумы, другие акустические поля.
Результаты исследований в бассейне на быстрых пелагических рыбах, а также сардине при предъявлении различной сложности акустических стимулов позволяют сделать следующие предварительные выводы:
Материалы исследования подтверждают мнение о способностях рыб распознавать биологическую обстановку по акустическим признакам. Для скумбрии зрительный фактор имеет значение, как стабилизатор стайного поведения, особенно это выражается при спокойном адаптированном состоянии объекта. Во время действия акустических стимулов движение скумбрии также происходит лорганизованно, каждая особь зрительно определяет положение собрата в стае и находится на близком расстоянии друг к другу. В ночное время скумбрия менее активна, малоподвижна в бассейне. Акустические сигналы, аналогичные по спектрально - временным характеристикам сигналам биологического происхождения, вызывают у пелагических рыб активные реакции. Наибольшая двигательная и вегетативная реакция скумбрии и сельди наблюдаются в ответ на сигналы от излучателя звуков дельфинов ИЗД (керамический и пневматический источники в комплексе), имитирующее наиболее полно физическую обстановку при нападении дельфинов на пелагических рыб. Повышенной реактивностью и направленными двигательными реакциями рыбы отвечают также и на сложные сигналы, содержащие в своём составе низкочастотные колебания, волны смещений. Выполненные эксперименты послужили дополнительным информационным материалом для создания акустических устройств по привлечению рыб на источник звука. При разработке устройств, выполняющих роль акустических приманок в основу спектра излучаемых частот используется частота 800 Гц, как несущая основная, дальнейшие испытания и исследования по поведению рыб позволяют раскрыть более полную картину излучаемого спектра. Научное и прикладное значение этих работ не вызывает сомнения.
Пятая глава посвящена определению влияния некоторых внешних и внутренних факторов различной природы (освещенности, температуры воды, уровней приливов и отливов, времени приёма пищи, жирности) на реактивность рыб.
Поведение животных, а следовательно и рыб, формируется под влиянием внутренних потребностей (мотиваций). Цель их - поддержание характеристик внутренней среды организма в определённых границах. Внутри организма в результате обмена постоянно происходят процессы, смещающие характеристики его внутренней среды из равновесного состояния. Эти изменения улавливаются интеррецепторами, сообщающими о них в мозг. В результате мозг настраивается на совершение определённых реакций, конечная цель которых состоит в том, чтобы привести внутреннюю среду в нормальное состояние. Так формируется настройка высших отделов нервной системы на совершение данной поведенческой реакции, которая является функциональным приспособлением организмов к поведенческой адаптации при изменяющейся обстановке окружающей среды на различных стадиях онтогенеза.
Реактивность водных животных на предъявляемый стимул, как показывают опыты, в значительной мере зависит от внутреннего состояния объекта.
В течение года не только биологическая значимость отдельных стимулов может терять и находить своё место, но и подвижность объекта тоже меняется в течение года (чаще всего в зависимости от температуры, жирности). Суточная активность в не меньшей степени подвержена изменчивости. В связи с этим, при сравнительной оценке поведения водных животных необходимо учитывать фактор влияния биоритмов.
Из всех многочисленных биологических ритмов только четыре развились в ответ на природные циклические изменения среды - приливной, суточный, лунный и сезонный. Наиболее изучены циркадные (суточные) рит мы, которые служат, прежде всего, для концентрации соответствующего поведения в определённые периоды времени в течение суток.
Эксперименты по изучению двигательной активности морского ерша Sebastodus taczanowskii (Steindachner) в зависимости от времени суток в условиях постоянной освещённости при постоянных температуре и погодных условиях показали два периода двигательной активности - утренний и вечерний (рис. 14).
Время, часы При экспериментах в Рис.14. Распределение вероятности совершения плава- море также отмечена разтельных движений у морского ерша Sebastodus tacличная реакция на предъzanowskii (Steindachner) в зависимости от времени суток являемые акустические раздражители в вечернее и дневное время.
На рис. 15 представлены электрокардиограммы, показывающие реакцию морского ерша Sebastodus taczanowskii (Steindachner) на тональный сигнал 800 Гц в различное время суток. Анализируя результаты, представленные на рис. 14 и рис. 15, можно сделать вывод о важности знания суточных ритмов в поведении рыб, что позволяет эффективнее применять акустические раздражители для управления поведением рыб на промысле.
В главе представлены результаты сравнительных экспериментов по оценке влияния жирности исследуемого объекта и температуры морской воды на его поведенческую реакцию. В качестве объекта использовалась осенняя нагульная сельдь, выловленная в заливе Петра Великого, жирностью баллов по шкале Прозоровской.
Методика эксперимента описана в главе 3. На рис. 16 представлены гистограммы распределений осенней нагульной сельди относительно излучателя звуков дельфинов (ИЗД), расположенного в 0 -й зоне, при температуре морской воды 8С.
Вероятность, % Осенняя нагульная сельдь была значительно пассивнее весеннелетней сельди, в то же время, как видно из рис. 16, при работе ИЗД осенняя нагульная сельдь воспринимала эти Рис. 15 Электрокардиограммы морского ерша Sebastodus tacсигналы и предzanowskii (Steindachner): а - в дневное время (11 ч); б- в вечерпочитала удалённий пик активности (17 ч); ------ предъявление сигнала ные от излучателя зоны.
С 26 октября по 15 ноября сельдь выдерживалась в бассейне без подкормки. Определение её жирности составило 1 балл. Температура воды в бассейне 15 ноября составляла 4С. В течение двух суток, с 15 по 17 ноября, произвели нагревание воды в бассейне на 10С, с 4 до 14С (0,208С в час).
На рис. 17 представлены гистограммы распределений осенней сельди (жирность 1 балл) относительно излучателя ИЗД при температуре морской воды 14С.
Сельдь чётко и мгновенно реагировала направленным движением от ИЗД. Всё скопление перемещалось в зону, удалённую от источника, например, 6 на рис.17.
В главе показано, что физиобиологическое состояние объекта (жирность, половозрелость и др.), гидрофизические характеристики среды (температура морской воды, скорости течений и др.), ритмика (суточная, годичная и др.) активности в значительной мере влияют на поведенческие характеристики рыб.
Исследования внутренних мотиваций водных животных позволяют точнее понять закономерности ответных поведенческих реакций рыб, что в свою очередь учитывается при разработке излучающих гидроакустических устройств для управления поведением рыб. Взаимосвязи рыб с внешней средой очень устойчивы, как и устойчиво само поведение рыб. В промысловых ус ловиях поведение рыб связано с многими гидрофизическими процессами, в том числе вносимыми рыболовецкими судами и орудиями лова (звуки и шумы, гидродинамические потоки и смещения, зрительные образы и многое другое). Исследование различных поведенческих ситуаций актуально, а практическая значимость очевидна, так как они касаются различных аспектов обитания рыб.
Рис.17 Гистограммы распределений осенРис.16 Гистограммы распределений осенней ней сельди (жирность 1 балл) относительно нагульной сельди относительно излучателя излучателя ИЗД: 1 - распределение сельди ИЗД: 1 - распределение сельди без предъявбез предъявления сигнала; 2 - распределеления сигнала; 2 - распределение сельди при ние сельди при предъявлении сигнала предъявлении сигнала В шестой главе приведены классификационные характеристики сигналов рыб с позиций их биологической значимости. По происхождению сигналы рыб подразделены на две группы: излучаемые при помощи специальных органов (сигналы 1-го порядка) и возникающие произвольно, в ходе поведенческих реакций (сигналы 2-го порядка).
В главе разрабатываются способы повышения эффективности акустической стимуляции рыб в интересах увеличения их концентрации в зоне действия орудий лова. Эффект достигается за счёт согласования параметров акустического сигнала с пространственной линейной решёткой энергонесущих вихрей путём имитации гидродинамического шума движения пищевых объектов определённого вида (сигналы 2-го порядка), а также сигналов 1-го порядка.
Также приведены результаты параметров зондирующих сигналов и описана структурная схема устройства, реализующая разработанный способ создания искусственной концентрации рыб на заданной акватории.
В основу положено то обстоятельство, что рыбы для обнаружения объектов пищи используют тонально-модулированные сигналы, которые излучаются рыбами при их перемещении за счёт преобразования части кинетической энергии относительного движения в акустическое излучение. Другими словами, повышение эффективности привлечения рыб в зону действия орудий лова достигается тем, что используется физическая способность морских биологических объектов по характеру колебаний, возбуждаемых ими в воде, определять наличие жертвы или хищника. При этом в качестве имитирующего сигнала используются амплитудно-модулированные колебания, где несущая частота равнялась бы частоте упругого излучения жидкости, деформируемой колебаниями тела рыб, а модуляционная частота - частоте колебаний тела.
В главе раскрыт механизм звукоизлучения у некоторых дальневосточных объектов промысла (лососей и др.). Показано, что звуковые сигналы возникают при стравливании в толщу воды струек газа за счёт сжатия стенок плавательного пузыря при вертикальных миграциях этих видов рыб. Данную систему следует рассматривать как струйный генератор звука, а расчёт резонансной частоты fP плавательного пузыря производить по известной формуле:
3t 3Р + 4М А а fP = 2 А, где PA -давление окружающей среды; - отношение удельных теплоёмкостей газов, заполняющих пузырь; A- плотность среды; М - модуль сдвиговой упругости тканей, окружающих плавательный пузырь; t- толщина ткани плавательного пузыря; а - радиус сферического пузырька того же объёма, что у плавательного пузыря рыбы.
Показано, что значения резонансной частоты плавательного пузыря горбуши в зависимости от её размеров находятся в пределах от 220 до 280 Гц.
Это хорошо согласуется с диапазоном частот, на котором наблюдается основная звуковая активность рыб. Два максимума в спектре частот сигналов сельди обусловлены влиянием плавательного пузыря (он служит своеобраз ным резонатором, усиливающим НЧ составляющие в области частот (300-600 Гц) и ostium genitale (максимум на частотах 800-1100 Гц).
Первый максимум в спектре частот сигналов горбуши (на частоте 260 Гц) и кеты (на частоте 110 Гц) также обусловлен участием плавательного пузыря в звукообразовании. Вторые максимумы в спектральных характеристиках (на частотах 970 и 600 Гц) соответственно для горбуши и кеты обусловлены формированием струй воздуха в момент их выброса в окружающее пространство.
Представленные материалы исследований данной главы использовались при разработке акустических излучателей для управления поведением рыб.
В седьмой главе представлены новые способы лова с использованием разработанных акустических излучателей (Сардина, Сардина -2 и др.) для управления поведением рыб. Приведены основные характеристики стационарных орудий лова и средств марикультуры, снабжённых акустическими устройствами для концентрации рыб в зоне действия этих сооружений.
Представлены методики и результаты полунатурных и натурных исследований.
Для примера на рис. 18 представлен пневмоизлучатель Сардина, который предназначен для повышения концентрации лососевых рыб в зоне действия орудий лова. Следует отметить, что стабильная работа излучателя по временным параметрам обеспечивается при помощи электронной схемы управления.
На рис. 19 представлена спектрограмма звуков ПИ Сардина, который обеспечивает эффективное излучение акустических сигналов, привлекающих лососевых рыб к ставным неводным установкам в диапазоне частот их наибольшей акустической чувствительности (70 - 900 Гц). В дальнейшем, используя аналогичный принцип функционирования, был разработан более совершенный ПИ Сардина-2. На рис. 20 представлен пневмоизлучатель Сардина-2.
Отличия данного звукоизлучающего устройства заключаются в его способности работать в автономном режиме за счет энергии сжатого воздуха и возможности регулировать наклон переднего фронта сигнала за счёт резиновой камеры, обтягивающей цилиндр.
Принцип работы пневмогенератора Сардина 2 представлен на рис. 21 в виде электрической эквивалентной схеРис.18. Внешний вид пневмоизлучателя Сардина: 1 - цилиндр;
2 - штуцер; 3 - корпус; 4 - рычаг; 5 - электромагнит; 6 - сердеч- мы, а его основные ник; 7 - якорь;8 - золотник; 9 - канал; 10 - втулка; 11 - шток; 12 - узлы показаны как гайка; 13 - пружина; 14 - гайка;15 - седло; 16 - отверстие; 17 - электрические канал; 18 - насадка; 19 - канал; 20 - гнездо; 21 - шайба;22 - элементы этой манжета; 23 - хомут; 24 - клапан перепускной; 25 - отверстие;
схемы. При созда26 - болт; 27 - гайка нии пневмоизлучателей (ПИ) определялись зависимости акустического поля от изменения таких параметров, как давление сжаЧастота сигнала, Гц того воздуха в Рис.19 Спектрограмма звуков пневмоизлучателя Сардина предварительной камере, диаметр стравливающего отверстия в излучающей головке, относительное удлинение натяжения мембраны излучающей головки, площадь излучающей поверхности, интервалы звучания и молчания сигнала.
Рис. 20. Принципиальная схема работы ПИ Сардина-2 Уровень сигнала, дБ 112234691215212835Для того чтобы не происходило быстрой адаптации объекта промысла к сигналам, форма, интенсивность и длительность их излучения изменялись Рис. 21 Эквивалентная схема пневматического генератора определённым обраакустических сигналов: Е - стабильный источник питания;
зом.
L1 - реле времени; Rа - сопротивление нагрузки; Б.К. - блок Для примера, контакты; С1 - емкость накопительная; Rн - сопротивление нагрузки; L2 C2 - колебательный контур; L3 - обмотка согла- на рис. 22 представсующего трансформатора лены амплитудновременные характеристики сигнала издаваемого акустическим излучателем АИ Корюшка (АИК), используемого для привлечения малоротой корюшки (HyРис.22. Амплитудно-временные характеристики действующеpomesus olidus (PALL) го АИ Корюшка и молоди тихоокеанской сельди (Clupea harengus pallasi (Val.). Характеристика этого сигнала описана во второй главе.
Отличительные особенности АИ Корюшка заключаются в следующем: с помощью электронной схемы генерируются сложные сигналы, предотвращающие адаптацию объекта к этим сигналам в течение длительного интервала времени; во время работы АИК происходят периодические изменения интенсивности, формы и частоты сигнала.
На рис. 23 представлены графические зависимости уровней сигнала (в относительных единицах) АИК от расстояния по двум трассам распространения сигналов, где пунктиром показан уровень акустических помех в рай оне проведения экспериментальных исследований (бухта Северная залива Славянка Японского моря).
Как видно из рисунка, наибольшие потери акустической энергии происходят на трассе распространения сигнала от АИ Корюшка вдоль береговой черты ~ до 400 м, а в направлеРис. 23 Графические зависимости уровней сигнала акустического излучателя Корюшка от расстояния: 1- трасса рас- нии моря ~ до 200 м.
пространения акустического сигнала вдоль береговой черты;
Также в дан2- трасса распространения акустического сигнала в направленой главе представнии моря лены материалы выполненных работ по определению влияния стационарного орудия лова на распространение акустических сигналов в воде. Целью эксперимента являлось определение изменения параметров акустического сигнала от излучателя АИК, его формы, интенсивности, фазы и. т. д. с помощью компьютерной обработки материалов, зарегистрированных в море при прохождении ими препятствия, представляющего собой движущийся живой объект и сетное полотно ловушки (садка). В качестве живого объекта использовались косяки рыб различного вида, пойманные ставным неводом и находящиеся в свободном плавании в ловушке - садке ставного невода. Ловушка ставного невода расположена на расстоянии 350 м от берега.
Для регистрации акустических сигналов использовались два гидрофона, разнесенных между собой на расстояние 10 м и подключенных к японскому магнитофону промышленного варианта марки ТС-D5М с автономным питанием. Напряжение с гидрофонов подавалось на разделенные каналы усилителей данного магнитофона. Синхронная запись сигналов на магнитную ленту по двум каналам позволяет получать на экране дисплея компьютера одновременно две картинки осциллограмм, определять их отличительные признаки, позволяющие установить закономерности, подтверждающие наличие объектов на пути распространения сигнала. Блок-схема регистрирующего тракта показана на рис 24.
Гидрофон Магнитофон Анализатор TC-D5M PC Гидрофон Блок питания Рис. 24. Блок - схема тракта регистрации и анализа сигналов Контрольные точки измерений (АА1,ВВ1,СС1) расположены на расстояниях соответственно: АА1 - 50 м, ВВ1 - 100 м, СС1 - 500 м. от излучателя.
Первая серия записей выполнялась через живые объекты (рыбы находились в ловушке ставного невода). После этого излучатель был вынесен из зоны действия орудий лова. Регистрация второй серии экспериментов также производилась, соответственно, с расстояний 50 м, 100 м, 500 м., как и в первом случае от действующего излучателя. Схема расположения излучателя АИК и установки гидрофонов в контрольных точках АА1, ВВ1, СС1 на ставном неводе показана на рис. 25.
С В А СВ1 АРис. 25. Схема расположения излучателя АИК "Корюшка" и установки гидрофонов в контрольных точках на ставом неводе Во время проведения эксперимента в садке находились донные объекты: камбала, ерш, бычок, а также присутствовали косяки красноперки и корюшки. Погода стояла благоприятная, скорость ветра незначительная (ветер слабый). Глубина погружения излучающей головки акустического излучателя АИК составила 0,7м. от грунта (от дна). Работы выполнены 24 октября 2002 года с 12 до 14 часов дня. В результате, при незначительной вертикаль ной миграции рыб, их присутствие зарегистрировано и определено после компьютерной обработки материалов регистрации акустических сигналов В зависимости от рас% 40 излучатель перед стояния между излучателем экраном излучатель за экраном и гидрофонами, полученные уровни сигналов разнятся по амплитудным значениям.
Это подтверждено расшиф15 ровкой аудиограмм на ПК и определено на слух при прослушивании аудиозаписи. На 5 1,рис. 26. представлены уровни 0 м 50 100 5сигналов от излучателя АИК, зарегистрированные в конРис.26. Зависимости уровней сигналов, зарегистритрольных точках до ставного рованных в контрольных точках невода и за его ловушкой.
Очевидно, чем преграда, в данном случае ловушка ставного невода с живым объектом, будет представлять собой более плотный акустический экран, тем зафиксированный уровень сигнала будет ниже от установленного за ним работающего излучателя АИК.
Полученные материалы измерений акустических полей с помощью разнесенных гидрофонов показали сходство зарегистрированных сигналов по уровням и фазово-частотным характеристикам относительно статической стационарной обстановки для конкретной ситуации, именно для частот, входящих в диапазон звучания излучающего устройства АИК. Анализ амплитудных значений показывает, что акустический экран (ловушка невода) гасит интенсивность сигнала. Это показано на графике (рис. 26) и осциллограммах (рис. 27, табл.1).
Некоторое изменение формы сигнала (рис. 27), зарегистрированное перед акустическим экраном и за ним связано также с присутствием собственных шумов акватории бухты, влияние которых зависит от соотношения уровня полезного сигнала и акустического фона (шумов).
dB c.
a) 1 2 б) Рис. 27. Осциллограммы акустического сигнала, зарегистрированные на расстоянии 50 м от излучателя АИК: a - излучатель за экраном; б - излучатель перед экраном Таблица 1. Уровни сигналов в контрольных точках временных При стациоинтервалов нарной установке регистрирующего № точки Уровень, dB тракта с гидрофоОсциллограмма, рис. a Осциллограмма, рис. б ном можно полу1 -26 -чать данные об 2 -13 -уловах ставного 3 -15 -4 -10 -невода и необходимости своевременной выборки пойманной рыбы. В данном случае излучатель АИК может использоваться как генератор сигналов для определения количества пойманной рыбы в неводе и одновременно являться акустической приманкой для рыб Применение способа регистрации уловов уменьшает экономические затраты при эксплуатации ставных неводов и позволяет более рационально использовать трудовые ресурсы.
Для более рационального и эффективного использования пневмоизлучателей в зоне действия орудий лова разработана и изготовлена автоматизированная система для привлечения и перегонки рыбы к неводу с электронным устройством для управления работой пневмоизлучаталей.
Особенность данной системы состоит в том, что она позволяет в ручном или автоматическом режиме управлять работой ПИ через пусковые пневмореле при относительно небольшом давлении (не более 1,5-2 атм.) от магистрального трубопровода, подключённого на берегу к компрессору. Применение накопителей воздуха, его экономичный расход, а также малый потребляемый электронной установкой ток позволяют эксплуатировать систему в течение длительного времени.
Сравнительные испытания способов лова рыбы ставными неводами (при использовании излучателей и без них) показали, что средний вылов лососей за сутки работы невода, например с ПИ Сардина, возрастал до 180%. Эксперименты проводились в заливе Корфа п-ова Камчатка.
Сравнительная оценка уловистости промысловых и контрольных сетей (при использовании излучателей и без них) проводились на р. Вывенка п-ова Камчатка. Следует заметить, что во всех случаях промысловая сеть ставилась в месте традиционно высоких уловов. При этом, в случае отсутствия сигналов ПИ Сардина отношение уловов контрольной сети к промысловой составляло величину 1:20. При излучении сигналов уловистость контрольных сетей увеличилась в 6 раз по сравнению с фоновыми результатами с одновременным уменьшением в 4 раза уловистости промысловой сети, отношение уловов контрольной сети к промысловой составляло величину 6:5. Испытания способа лова сельди ставными неводами при использовании ПИ Сардина показали, что улов рыбы увеличился до 8 раз по сравнению с традиционным способом промысла. Испытания проводились на лове весенней сельди корфо- карагинского стада в заливе Корфа п-ова Камчатка.
образцы звукоизлучателей Сардина-2 испытывались на лососях Камчатки в морских и речных условиях. К примеру, сравнение среднесуточных уловов ставных неводов в заливе Анива о-ва Сахалин показало увеличение эффективности работы невода с пневоизлучающей системой на 273%.
В целях повышения выживаемости сельди на ранних этапах онтогенеза Алтуховым К.А.1963г. было предложено использование искусственных нерестилищ (ИН), детальные же исследования их применения, как в экспериментальных, так и в промышленных целях проводились в 80-е годы Чупышевой Н.Г., Душкиной Л.А. и др.
С целью изучения особенностей эмбрионального развития и выживаемости сельди, а также определения динамики осыпания икры с ИН, выявления причин и возможности их ликвидации нами был произведен сбор и обработка материалов. Полигоном для разработки биоэкологических основ применения искусственных нерестилищ выбрана бухта Северная зал. Славянский. В результате проведенных исследований сделаны следующие выводы.
1. Первое резкое снижение количества развивающейся икры, вероятно, связано со снижением температуры воды, произошедшим в результате вскрытия льда. Возможно, температура воды опосредованно повлияла на развитие икры более ранних кладок, в результате чего и произошло ее значительное осыпание.
2. Второе резкое снижение численности икры, которая в большинстве находилась в основе кладок, связано с повышением температуры воды. При этом ускоряется темп развития эмбрионов, в связи, с чем повышается их потребность в кислороде, которым не могут быть удовлетворены икринки из нижних слоев кладок. Создавшийся дефицит кислорода из-за нарушения нормальной аэрации нижних слоев, вероятно, вызывает массовую гибель и, как следствие, опадание кладки. Нами учтены результаты опубликованных исследований эффективности использования искусственных нерестилищ при выполнении работ в б. Скобелева, залива Корф, Камчатской области и в бухте Северная Славянского залива.
На рис. 28, б представлена схема разработанного, запатентованного и испытанного нами в б. Скобелева, залива Корф, Камчатской области ИН для рыб типа Звездочка. Эти нерестилища использовались с акустической приманкой для рыб. Как видно из рисунка, разработанное нерестилище имеет пять радиально расположенных открылков, обтянутых искусственным субстратом (капроновое сетное полотно), а внутри него устанавливается акустический излучатель Сардина. Применение таких нерестилищ позволяет на небольшом участке акватории достигнуть создания достаточного искусственного субстрата, оптимальных условий для нереста.
При необходимости, имеется возможность транспортировки нерестилищ с заморных участков на благоприятные участки акватории, так же позволяет регулировать заполнение нерестилищ оседающей икрой во время нереста, что способствует сохранению и нормальному развитию эмбрионов, получению жизнестойкой молоди.
По итогам выполненных работ получены положительные результаты испытаний ИН, способствующих сохранению Корфо-карагинского стада сельди. Дальрыбвтузом выполняется госбюджетная тема, в программу которой входят работы по сохранению приморского стада сельди. Для этих целей, а также для продолжения работ по использованию ИН в 2006 году на акватории б. Северной испытывалась усовершенствованная конструкция ИН для нереста сельди. Данное нерестилище (рис. 28 а) отличается тем, что имеет три радиальных открылка, расположенных под углом 1200 друг к другу, в его центре расположена залавливающая ловушка, способная удерживать нерестовую сельдь определенное время. В центре ловушки также устанавливается акустическая приманка Сардина или Сардина-2, или подобное устройство для концентрации рыб акустическими стимулами.
а) б) Рис.28. Типы искусственных нерестилищ (ИН): а - усовершенствованная конструкция ИН типа звездочка; б - ИН типа звездочка: 1 - ловушка, 2 - наплав, 3 - сетное полотно, 4 - грузило, 5 - якорь, 6 - излучатель АИК Ловушка изготовлена без нижнего сетного полотна (днища), к ее нижней подборе подвязаны грузила. По необходимости удерживаемую сельдь можно выпускать из ловушки, приподняв от дна сетное полотно с грузилами. Пойманная в ловушку сельдь создает собственное акустическое поле. Таким образом, присутствует дополнительный физический фактор - действие биоло гического акустического поля, положительно влияющий на концентрацию рыб в зоне установки нерестилища. Находящаяся в ловушке сельдь несет дополнительную зрительную информацию (кроме акустической приманки) для концентрации свободно плавающих особей, удерживая их в зоне действия нерестилища. ИН устанавливались из расчета самых поздних подходов сельди на нерест, тем самым на развитие эмбрионов не могли оказывать влияние более поздние подходы нерестовой сельди, таковых и не наблюдалось, соответственно, улучшалось питание кислородом подрастающих эмбрионов. Так же исключено возможное изменение температуры воды в результате вскрытия льда, влияющее на осыпание икры с сетного полотна.
Одной из задач эксперимента в 2006 году являлось дать сравнительную оценку эффективности установленного ИН со ставным контрольным неводом, влияющих на развитие эмбрионов сельди. С этой целью по обе стороны устья реки Брусья, примерно, на равных от нее расстояниях (800 м), на одинаковых глубинах (3-4 м), равных по наличию естественного субстрата (в основном зостеры), установлен ставной невод с одной стороны и искусственное нерестилище с другой стороны. Конструкция ставного невода и искусственного нерестилища имеют некоторое сходство между собой. Основным преимуществом установленного нерестилища являлось то, что применялись акустические средства управления поведением рыб, использовался акустический излучатель "Сардина".
Результаты эксперимента показали, что сельдь не отнерестилась и даже не зашла в ловушку ставного невода, хотя залавливающий ставной невод смог бы обловить косяки, попавшие в зону действия этого невода. Привлекающие акустические сигналы сконцентрировали косяки сельди в районе установки ИН и удерживали их некоторое время в этой зоне. И как результат, произошел нерест на искусственном субстрате. Установка нерестилища в бухте Северной выполнена 23 марта 2006 года. Сельдь отнерестилась 12-апреля 2006 года. В результате анализа проб, представляющих вырезку участков сетного полотна 10х10 см в различных контрольных точках и показанных на рис. 29, получены хорошие результаты нереста.
Максимальное количество слоев кладки не превышало 5-6, максимальная плотность осевшей икры на площади 10х10 см составляла 13680 шт. Средняя величина количества осевшей икры на ИН с учетом на полняемости по всей площади нерестилища (S=1050 м2) составляет 10% от максимальной плотности и равна 1428106 шт. Выклев эмбрионов составил % по отношению к первоначальному количественному составу.
Данные эксперимента подтверждены актами испытаний и показывают эффективность используемых ИН в совокупности с акустическими средствами управления поведением рыб. В плане реализации наработанных исследовательских материалов по искусственным нерестилищам и ориентации рыб в акустических поРис.29. Участок сетного полотна с осевлях возникли конкретные условия шей икрой сельди использования этих исследований в практических рыбохозяйственных целях. Полученные результаты дают возможность внедрять такую систему для восстановления запасов сельди приморского стада, а также использовать на других морских акваториях.
Эксперименты по привлечению сельди к ставным сетям с помощью АИ Корюшка проводился в заливе Корфа п-ова Камчатка. На рис. 30 представлена схема взаимного расположения ставных сетей и акустических излучателей. Следует заметить, что расстояние между промысловыми ставными сетями составляло 300 м, а между ними устанавливалась контрольная сеть. Расстояние от промысловой сети до АИ Корюшка составляло 15 м. Результаты уловов на промысловых сетях показали, что движение сельди было направлено преимущественно в сторону акустических излучателей. При этом штучное объячеивание контрольной сети обнаруживалось с обеих её сторон.
Испытания по аналогичной методике проводились в бухте Северная залива Славянка Японского моря в 1998 г. Проведённые испытания показали высокую эффективность АИ Корюшка для повышения концентрации объектов промысла (корюшки, молоди сельди) в зоне действия ставных неводов.
При этом средние показатели уловов увеличивались в 2-3 раза, а в отдельных случаях максимальный улов превышал контрольный более чем на порядок.
В главе оценена эффектив 2 3 ность новых способов лова рыб и 4 4 излучателей звуков рыб (ПИ и АИ), разработанных на основе знаний морфофизиологических особенностей органов звуковосприятия и орРис. 30. Схема взаимного расположения ганов звукообразования рыб, а такставных сетей и акустических излучателей:
же выработаны рекомендации по их 1 - акустические излучатели Корюшка; 2 - дальнейшему совершенствованию.
промысловые ставные сети; 3 - контрольная В заключении сформулировасеть; 4 - направления движения сельди при работающих излучателях ны основные выводы и результаты, определяющие научную новизну и практическую значимость работ. Автором выполнен методологическое планирование многопрофильных НИОКР, основанное на системной организации функций, свойственной самоорганизации всего живого, включающий параметры основных составляющих процесса - носителей этих функций (шумы моря, гидробионты, орудия лова, средства интенсификации лова) и инструментальную базу, с помощью которой получены результаты научных исследований.
1. Результаты исследований шумов моря, сигналов биологического и индустриального происхождения раскрывают сравнительную оценку амплитудно-частотных характеристик этих сигналов, в основном сконцентрированных в области низких частот и доступных слуху рыб, при этом максимальные уровни частотного диапазона шумов моря находятся в интервале до 200Гц. Характеристика зарегистрированных сигналов отражает акустическую обстановку обитания и формирует мотивацию поведения промысловых гидробионтов.
2.Дано теоретическое обоснование распознавания объектами лова полезного сигнала на фоне шумов моря, уровни которых соизмеримы или превышают уровни полезного сигнала, при этом исследуемая частота полезного сигнала находится в диапазоне 700-800 Гц.
3.Дано теоретическое обоснование определения рецепторами боковой линии рыб - биодиполями направления на источник звука; колебания биодиполей происходят под действием сил смещения частиц воды, возникающих при распространении звуковой волны. В зависимости от положения тела рыбы в воде относительно фронта распространения звуковой волны, в центральную нервную систему по нервным каналам поступает различная величина электрического потенциала, что позволяет объекту определять направление на источник звука.
4. Впервые разработана и представлена эквивалентная схема взаимодействия органов жизнеобеспечения рыб с внешними источниками акустических полей.
5. Экспериментальные данные, показывают ответственность различных морфофункциональных структур рыб за восприятие звуков в различных диапазонах частот; у линтактных и с лотключённой боковой линией- на предъявляемые стимулы 150 Гц, 800 Гц и сигнал, издаваемый ПИ Дельфин, реакция объектов с отключённой боковой линией значительно ослабевает на сигналы более низкого спектра частот, по сравнению с реакцией интактных рыб; происходит облегчение восприятия рецепторами внутреннего уха высокочастотных (ВЧ) сигналов как тональных, так и входящих в состав сложного звука Дельфин. Предположительно это объясняется анатомическими особенностями строения внутреннего уха исследуемых объектов, которые обусловлены различием их образа жизни, групповыми отношениями, контактированием с жертвами и хищниками.
6. Исследована акустическая активность рыб, определено влияние временных факторов на её активность, установлено, что для различных видов рыб максимальная акустическая активность наступает в определенные часы суток для каждого объекта. Характерным для донных объектов лова является вечернее время суток, для лососей максимальная активность наблюдается в дневное время; на основании исследований выбраны стереотипы акустического поведения в качестве моделей для управляемых технологий лова.
7. Исследованы морфофункциональные особенности восприятия рыбами смещений и акустических колебаний в заданном диапазоне частот, установлены взаимосвязи спектрально-энергетических и временных характеристик сигналов объектов промысла с их мотивационным поведением.
8. На рыбохозяйственном полигоне в шельфовой зоне Японского моря (бухта Северная залива Петра Великого) и биостанции ТИНРО-центра на ос нове анализа данных экспериментов разработаны параметры акустических стимулов для создания привлекающих звукоизлучающих систем;
- получены данные о качественно различном восприятии звуковых частот внутренним ухом и боковой линией восточного морского окуня и восточной скумбрии: показано, что при денервации боковой линии реакция объекта значительно ослабевает на сигналы более низкого спектра частот по сравнению с реакцией интактных рыб; высказано предположение о влиянии размеров отолитов на диапазон воспринимаемых частот;
- установлены характеристики пороговой чувствительности семи видов дальневосточных промысловых рыб в диапазоне от 20-5200 Гц;
- определён спектр биологически значимых частот, вызывающих максимальную ответную реакцию у некоторых промысловых видов рыб залива Петра Великого;
- установлено влияние суточных временных факторов на реактивность восточного ерша, а также влияние температуры воды и биологического состояния на реактивность тихоокеанской сельди;
- произведен анализ энергетических и спектрально-временных характеристик биосигналов, издаваемых объектами лова, к примеру, установлено, что форма огибающей интенсивностей для кеты и горбуши имеют некоторые сходства, при этом спектр частот для кеты расположен в более низком диапазоне, установлены механизмы звукоизлучения у тихоокеанской сельди и лососевых;
- выполнен расчёт резонансной частоты плавательного пузыря горбуши, установлено сходство полученных расчётов с диапазоном частот, на котором наблюдается основная звуковая активность рыб.
9. Разработаны, изготовлены, испытаны на промысле пневмоакустические (Сардина, Сардина-2) и акустические (Корюшка) излучатели для управления поведением рыб, разработана эквивалентная электрическая схема принципа работы пневмоизлучателя Сардина-2.
10. Разработаны общие и частные методики проведения исследований в натурных и полунатурных условиях с применение акустических систем для управления поведением объектов лова.
11. Усовершенствованы технологии лова рыб стационарными орудиями лова с использованием пневмоакустических и акустических излучателей специальных сигналов.
12. На основе выбранных критериев и частных показателей оценена эффективность разработанных приборов для концентрации объектов лова в зоне действия стационарных орудий лова в различных промысловых районах Дальнего востока; разработаны рекомендации по применению этих приборов.
13. Разработаны, испытаны и внедрены новые конструкции управляемых искусственных нерестилищ для сельди с акустическими приманками для концентрации рыб в зоне действия нерестилищ.
14. Разработаны рекомендации по дальнейшему совершенствованию акустических приборов и способов повышения концентрации объектов лова в зоне действия орудий лова и сооружений марикультуры:
- увеличение уловистости ставных сетей путём направленного гона или создания искусственной концентрации рыб в зоне действия объячеивающих орудий лова;
- увеличение штормоустойчивости ставных неводов путём уменьшения их размеров и установки в удобных для промысла местах;
- предотвращение гибели малька сельди путём направления производителей на благоприятные нерестилища.
- дистанционное определение уловов в стационарных орудиях лова с передачей информации на расстояние по радиоканалу.
- результаты исследований по регистрации биосигналов объектов лова могут использоваться для разработки методик определения численности и наличия биообъектов на заданной акватории.
Основные результаты, опубликованные в следующих работах:
1. Кузнецов Ю.А., Кунцова М.Я., Поленюк В.В. и др. Акустико-латеральная нервная система восточного морского окуня Sebastes taczanowskii и анализ ЭКГ при действии на боковую линию гидродинамического поля // Промышленное рыболовство. Владивосток: ТИНРО. - 1977. - Вып.7. С. 61-70.
2. Кузнецов Ю.А., Кручинин О.Н., Поленюк В.В. и др. Исследования двигательных и вегетативных реакций сельди на акустические стимулы в условиях бассейна // Промышленное рыболовство. Владивосток: ТИНРО. - 1978. - Вып. 8. С. 81-91.
3. Кузнецов Ю.А., Поленюк В.В., Сорокин М.А. Поведение сельди и скумбрии при предъявление акустических стимулов в бассейне: Тез. докл. 2-ой Дальневосточной акустической конференции Человек и океан. - Ч.4. Владивосток: ДВГУ.
- 1978. С. 79-82.
4. Кузнецов Ю.А., Поленюк В.В., Сорокин М.А. Акустические средства исследования океана // Сб. ТОИ АН СССР. Владивосток. - 1978. С. 79-82.
5. А. с. 948353 СССР. Искусственное нерестилище для рыбы / Кузнецов Ю.А., Поленюк В.В., Коновалов С.М. - 1982.
6. Поленюк В.В., Кузнецов Ю.А., Ковыза Г.А. Применение физических раздражителей для сохранения запасов рыб: Тез. докл. науч.- техн. совещ. Использование физических раздражителей в целях развития морского промысла. М.: ВНИРО. - 1982. С. 31-33.
7. Поленюк В.В., Кузнецов Ю.А., Худенко Г.В. Поведение тихоокеанской сардины Sardinops sagax melanosticta (Schlegel) при действии различных звуковых сигналов в бассейне // Физические раздражители в технике рыболовства. Владивосток:
ТИНРО. - 1982. С. 38-45.
8. А. с. 1039376 СССР. Имитатор звуков рыб Сардина / Поленюк В.В., Кузнецов Ю.А. - 1983.
9. Худенко Т.В., Кунцова М.Я., Поленюк В.В. Морфофункциональные особенности восприятия звука восточным морским окунем Sebastes taczanowskii Steindachner (Scorpaenidae) и восточной скумбрией Scomber japonicus Houttuyn (Scombridae) // Вопросы ихтиологии. Москва: - 1983. - Т. 23. ЦВып. 2. С. 318-323.
10. А. с. 1270918 СССР. Имитатор звуков рыб Сардина-2 / Кузнецов Ю.А., Ковыза Г.А., Поленюк В.В. - 1986.
11. А. с. 1449080 СССР. БИ № 1. Устройство для направленного перемещения рыбы в зону облова кошельковым неводом / Кручинин О.Н., Поленюк В.В., Кузнецов Ю.А. - 1989.
12. Бахарев С.А., Кузнецов Ю.А., Поленюк В.В. О возможности поиска скоплений беспозвоночных по их шумовым полям // Науч. тр. Дальрыбвтуза. Владивосток: - 2000. - Вып. 13. С. 16-21.
13. Бахарев С.А., Поленюк В.В., Пуленец М.Л. Способ повышения эффективности промысла морских биологических объектов // Науч. тр. Дальрыбвтуза. Владивосток: - 2000. - Вып. 13. С. 21-25.
14. Поленюк В.В. Влияние звуковых сигналов, генерируемых излучателем Корюшка, на поведение рыб в бухте Северной // Науч. тр. Дальрыбвтуза. Владивосток: - 2000. - Вып. 13. С. 32-34.
15. Малявин Е.Н. Поленюк В.В. Яковлев Ю.М. Восстановление запасов водных биоресурсов. /Сб. инвестиционных проектов первого международного инвестиционного конгресса. Новейшие технологии в системе интеграционных процессов территорий стран Азиатско-тихоокеанского региона ДВО РАН и др. Владивосток:
- 2000. С. 214-215.
16. Поленюк В.В., Кузнецов Ю.А., Сорокин М.А. Слуховые способности рыб и возможность использования акустических сигналов для управления их поведением на промысле // Науч. тр. ДВГТУ. Владивосток: - 2001. - Вып. 128. С. 34-43.
17. Поленюк. В.В. Имитатор звуков рыб. Патент РФ № 2182765. - Изобретения.
Полезные модели. 2002. Бюл. №15.
18. Поленюк В.В., Осипов Е.В. Методика выделения полезного сигнала устройства для привлечения рыб при наличии в акватории акустических помех. // Науч. тр.
ДВГТУ. Владивосток: - 2004. - Вып. 137. С. 126-128.
19. Поленюк В.В. Определение реакции рыб на акустические стимулы с помощью электрокардиограмм. //Сб. Рыбохозяйственные исследования мирового океана.
Материалы III Международной научной конференции. РФ. Владивосток: - 2005.
С. 24-26.
20. Поленюк В.В. Слуховые способности рыб. //Сб. Рыбохозяйственные исследования мирового океана. Материалы III Международной научной конференции.
РФ. Владивосток - 2005. С. 26-29.
21. Поленюк В.В. Влияние стационарного орудия лова на распространение акустических сигналов в воде. //Науч. труды. ДВГТУ. Владивосток: - 2005. - Вып. 17. С.
42-45.
22. Поленюк В.В. Слуховые способности рыб и управление их поведением: Монография. - Владивосток: ФГУП ТИНРО-центр, 2005 - 130 с.
23. Поленюк В.В. Искусственное нерестилище для рыбы. Патент РФ № 58009. - Изобретения. Полезные модели. 2006. Бюл. №31.
24. Поленюк В.В. Некоторые особенности работы пневмогенератора ПИ Сардина -2 // Изв. ТИНРО. Владивосток: - 2006. - Т. 145. С. 376 - 380.
25. Поленюк В.В. К вопросу о шумах моря. //Вестник АГТУ. Астрахань: - 2006. - № 6. С. 84-92.
26. Поленюк В.В. Искусственное нерестилище и их роль в восстановлении популяций сельди. // Изв. ТИНРО. Владивосток: - 2007. - Т. 148. С. 319-322.
27. Поленюк В.В. Некоторые особенности в поведении скумбрии.// Успехи рыболовства. Владивосток, Дальрыбвтуз: - 2007. С. 35-47.
28. Поленюк В.В. Роль боковой линии в восприятии сигналов и ориентации рыб.// Успехи рыболовства. Владивосток, Дальрыбвтуз: - 2007. С. 26-34.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям