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“黑科技”助力鱼类监测!

来源:   发布时间:2020-06-15 11:09:47   浏览:

1974年的春天,浙江省两千多对大围网机帆船对大黄鱼鱼群进行超大规模围捕,捕捞了十六万吨的黄鱼,该次行动创造了我国渔业史上最高产量记录,同时,也对大黄鱼种群资源造成致命冲击。第二年,仅捕捞到一万吨,之后捕捞量连年下降,80年代后,已无法形成渔汛。到如今已一鱼难求。

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从当年的四大海产之一到现在的野外濒临灭绝,不过三十年时间。这个完全由人类造成的生态灾难,正是因为对野生种群的数量没有个准确的判断,才给大黄鱼带来至今无法恢复的浩劫。人们开始思考“人-鱼-海”和谐共存、可持续发展的路径。

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人类的行为可能会毁灭一个物种,也可能使一个物种发展壮大,这都会对自然生态造成巨大影响。1992年,一场飓风席卷了佛罗里达州。对于人类,这是灾难,对于水族馆的鱼来说,这就是拯救。水族馆中的六条蓑鲉逃到了当地海域,由于缺少天敌,其他本土小型物种也缺少对蓑鲉的防御本能。近二十多年来,种群不断壮大,已经入侵扩散到了北大西洋西海岸沿岸和加勒比海域。

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魔鬼蓑鲉的入侵使该区域 5 种小型鱼类的数量平均下降 79% 左右。这样以来,不仅仅是这些小型鱼类的生存受到打击,其他以这些鱼类为食的捕食者也受到很大影响。如何减少它们的数量,还不能影响其他物种是个难题。若使用渔网捕捞,必会同时对其他物种造成影响。若仅靠人力捕捉,工作量又太大,难以控制蓑鲉数量。这些问题都是因为人类不能及时准确得到一个物种的种群数量,而产生了难以挽回的后果。

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不管是作为食物,还是观赏鱼,鱼类作为一个重要配角,一直陪伴着人类的发展。全世界已知的鱼类品种已超过20000种,他们是水环境的重要组成部分。他们的数量变化,很可能会轻易就影响到整个生态平衡。不管是对自然界中鱼类还是对养殖鱼种,对种群群数量进行及时准确的评估和监测都十分重要。

监测中,识别种类,统计数量是最大的难题,这些工作,以前都是人工来完成。但是现在研究涉及的范围、种类、数量都越来越大,人工识别已难以完成这么大的任务量。随着在计算机技术,生物技术等的发展,鱼类监测方式也有了新的进展。目前图像识别,水声法和eDNA法是鱼类监测中的主流方法。  

图像识别

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因为鱼生活环境不同于其他动物,人类很难下潜到较深的水域中观测他们的动态。这时只能依靠摄像头来捕捉信息。这种方式通过计算机提取图像中的信息,可以自动识别物种、大小等信息。这种方式对环境要求较高,水质要好,气泡,杂质等环境因素对图像识别效果影响较大。  

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2017年,RES公司研发了一款捕蓑鲉机器人,可以自动识别自动捕捉蓑鲉。因为蓑鲉形态很有特征,方便辨别,并且不活跃,所以可以通过摄像头识别锁定蓑鲉。然后通过向内流动的水流,就可以将其收入储存网中。可以在不影响其他鱼生存的条件下,较快的捕捉蓑鲉。  

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对于养殖的鱼类,图像识别技术还可用于对鱼类的分级处理。鱼类因大小不同,价格也不同。所以为了方便售卖在捕捞后都会按大小进行分类。传统的方式也是通过人工挑选,不但人力投入大,更主要的是时间比较长,影响鱼的鲜度。分级处理时是在传送带上进行,可以去除水质对结果的影响,而且不需要识别种类,只需要识别大小,算法较为简单,相比较直接在水中识别更简单,可行性更高。

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水声法
       声呐在海洋勘探中应用已久,在鱼类监测中也应用较广。声波发射器发射出声波后经物体返回,再收集回声,就可以确定鱼类的数量、分布、大小、行为和生物量。相对于传统方法, 水声学方法可以在不损害生物资源的条件下对自然状态的鱼类资源进行探测评估, 具有快速高效、调查区域广、提供连续数据的优势,在对水生物种种群生物量计算上具有很大优势。 

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气泡和鱼类个体间的遮挡对该方法结果影响较大,对小分辨率的数据收集不太准确,所以目前该方法主要应用于监测大种群的情况。针对个体监测时只能用于部分低密度下的个体监测,若想实现对较高密度种群中的个体进行监测还是比较困难。

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水声法技术难点在于对数据的处理、分析、建模,结果的准确度很大程度上取决于模型的建立,而要想建立较为正确的模型要有大量数据的支持,而且水环境复杂,光线,气泡,杂质都会带来噪音干扰,需要通过合适的算法排除噪音等干扰。

环境DNA法

水环境中有含有很多鱼类的DNA,这些DNA来自鱼的分泌物,表皮碎片,排泄物等。这些DNA在自然环境中有很长的持久性,是判断是否有某类物种生存的好方法。在 2012 年的一项研究中,丹麦自然历史博物馆的菲利普·弗朗西斯·汤姆森和他的同事们从波罗的海周围的地点收集了海水。他们发现了在此地很罕见的领航鲸的DNA 。

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仅仅一升的海水,就包含了数百万个基因序列。它们能揭示这个地区的许多生态信息。但是无法检出不代表没有此物种,可能是DNA降解或实验没有测出。检出的物种也不一定生活在此水域,其DNA信息也可能是从其他水域飘散而来。所以该方法也常需要依靠捕捞结果作为佐证。

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各种检测方法都有其优缺点和适用的范围,而且目前所有调查方法都离不开渔获物调查,需要通过前期的捕捞情况对各种调查方法正确度的验证。这些方法暂时都无法单独使用,主要原因就是技术还不够成熟,结果不稳定。目前缺少一种评价标准来对调查结果作出评估,所以最常用的方法就是两种或多种调查方式同时进行,相互补充,相互验证。进行多角度,多层次的监测才能获得准确的数据。

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