流速对细鳞裂腹鱼游泳行为及能量消耗影响的研究

通过自制密封的鱼类游泳实验装置, 研究了流速对细鳞裂腹鱼游泳行为和能量消耗的影响。结果显示,细鳞裂腹鱼的摆尾频率随游泳速度的变化有明显的变化规律, 摆尾频率随着流速的增加而显著性的增加,而摆尾幅度有减小趋势, 差异性不显著。结果还表明, (26±1) ℃时, (10.60±0.54) cm 细鳞裂腹鱼的相对临界游泳速度为(11.5±0.5) BL/s, 绝对临界游泳速度为(110.28±2.02) cm/s。测定的相对临界流速较其他的鲤科鱼大,是对生存水流环境(流速0.5—1.5m/s)适应性的表现。这一结果表明鱼类的游泳能力是能够训练的。运动代谢率与相对流速的关系为, AMR = 93.08e(0.307v) + 314.33, R2= 0.994; 单位距离能耗与流速的指数关系为COT =28e (-1.03V) +6.05, R2= 0.998。流速达到8 BL/s 时, 裂腹鱼耗氧率开始下降, 从流速7 BL/s 时, (1245.57±90.97 )mg O2/(kg·h)最大, 下降到(978.78±189.38) mg O2/(kg·h)。1—7 BL/s 流速范围内, 裂腹鱼单位时间内的耗氧率随着游泳速度的增加而增加, 而且随着游泳速度的增加, 单位距离能耗(COT)逐渐减少, 最小能耗在6 倍体长流速, 0.68 m/s 时, 为(6.00±1.57) J/(kg·m), 其能量利用效率最大。       

亚成体巨须裂腹鱼游泳能力及活动代谢研究

以野生雅鲁藏布江巨须裂腹鱼(Schizothorax macropogon)为对象,通过自制的鱼类游泳实验装置,测定了4个温度(5、10、15和18℃)梯度下亚成体巨须裂腹鱼的临界游泳速度(Ucrit)及流速变化对耗氧率的影响,并通过摄像记录分析了不同游泳速度下的游泳行为。野生亚成体巨须裂腹鱼的临界游速随着温度的变化呈近似线性的递增趋势(P<0.001),4个温度下的绝对临界游速(Ucrit-a)分别为(0.88±0.07)、(1.09±0.07)、(1.24±0.15)和(1.49±0.15)m/s;若以单位时间内游过的体长倍数(BL/s)表示,相对临界游速(Ucrit-r)分别为(3.96±0.21)、(4.4±0.16)、(4.9±0.18)和(5.35±0.14)BL/s。根据不同温度及流速下耗氧率的变化情况,采用非线性拟合得到了4个温度梯度下耗氧率与游泳速度关系的幂函数模型(P<0.05)。模型表明耗氧率随游泳速度的增大而增加,且温度越高耗氧率随游泳速度的变化越显著。4个温度下的速度指数分别为2.4、2.6,2.8及3.1,表明有氧运动的效率随温度升高有所降低。在自然水温条件下(5—9℃),摆尾频率(TBF)与流速的关系呈线性正相关(P<0.001),而运动步长(Ls)的变化与流速没有显著关系,出现由高至低再升高的三个阶段。录像分析表明在流速逐渐增加的过程中,巨须裂腹鱼采用了三种不同的游泳方式,以实现降低能量消耗的目的。研究可为鱼道等过鱼设施的设计提供参考,对数量日益减少的巨须裂腹鱼保护具有较大的意义。     

叶尔羌河厚唇裂腹鱼的游泳能力

厚唇裂腹鱼(Schizothorax irregularis Ddy)是新疆特有鱼类,由于水电建设导致该鱼种数量急剧下降,亟待保护。鱼类游泳能力的研究可为过鱼设施建设提供重要参考依据。采用递增流速法测定了厚唇裂腹鱼的感应流速、临界游泳速度及爆发游泳速度,利用固定流速法进行了厚唇裂腹鱼的耐力测试。结果表明:实验鱼感应流速为1.41±0.28 BL·s~(-1)(24.50±4.13 cm·s~(-1),BL:体长);临界游泳速度为6.04±1.21 BL·s~(-1)(117.61±12.34 cm·s~(-1));爆发游泳速度为11.41±2.79 BL·s~(-1)(210.24±39.56 cm·s~(-1)),3种速度(BL·s~(-1))均随体长增加呈下降趋势。耐力测试中,随着设定流速(80~135 cm·s~(-1))增加,游泳时间显著下降。疲劳时间与游泳速度之间呈显著负相关。根据研究结果,鱼道高流速区流速小于1.9 m·s~(-1)时可保证80%实验鱼通过,建议厚唇裂腹鱼为过鱼对象的鱼道内最小流速应大于0.3 m·s~(-1),入口及竖缝流速为1.2~1.9 m·s~(-1),休息池主流流速范围为0.3~1.0 m·s~(-1)。     

齐口裂腹鱼上溯过程中“冲刺-滑行”行为对水动力的响应

研究以西南山区特有鱼种齐口裂腹鱼(Schizothorax prenanti)为研究对象, 对其游泳行为模式进行量化解译, 寻找其偏好的水动力学条件, 构建水流条件与生态行为的纽带。运用具有流速梯度的水槽创造非均匀流场条件, 得到齐口裂腹鱼在室内试验水槽内上溯的视频图像。运用图像识别技术, 计算上溯全过程的游泳动力学指标摆尾角度与摆尾频率, 在此基础上实现生态学与水动力学的耦合研究。研究表明, 齐口裂腹鱼在上溯过程中喜好在具有流速梯度处通过改变摆尾角度和摆尾频率等来适应非均匀流场, 其喜好摆尾角度为25°—35°, 喜好摆尾频率为2.5—3.5次/s, 偏好流速为0.20—0.40 m/s。随着水流速度的增大, 摆尾角度呈现逐渐减小的趋势, 且齐口裂腹鱼偏好选择在流速由大变小的区域, 进行摆尾冲刺加速, 且更趋向于摆尾角度变化为“弱强弱”的摆尾模式。滑行阶段引入滑行流速系数, 量化表示摆尾角度、滑行距离和流速三者间的耦合关系, 通过计算滑行距离对水流负方向上位移的贡献率, 得到滑行方向与水流负方向夹角。研究表明, 滑行流速系数为1.0—3.0时具有代表性, 齐口裂腹鱼对滑行方向与水流负方向夹角的偏好为40°—60°。研究利用多指标量化评价的方法, 以复杂流场为背景条件, 进一步满足过鱼设施建设需求。     

鱼道进口不同补水形式对齐口裂腹鱼上溯行为的影响

修建补水设施是提高鱼道过鱼效果的有效措施之一,不同补水形式如何改变鱼的游泳行为策略从而吸引其进入鱼道进口是国内外关注热点。本研究基于鱼道进口概化模型,以齐口裂腹鱼(Schizothorax prenanti)为研究对象,采用进口内部侧面补水、旁道补水和旁道顶部补水3种形式,探究不同流量和补水距离下补水方式对鱼道进口附近处目标鱼上溯行为的影响。结果表明:与没有补水的工况相比,补水距离为1 m的旁道补水和补水距离为0.65 m的旁道顶部补水,鱼类在鱼道进口通过次数显著提升(P0.05)。通过提取目标鱼成功上溯路径上对应的水流速度场和紊动场发现,齐口裂腹鱼上溯偏好流速0.6～0.8m·s~(-1),优先选择低紊动区(0.01 m~2·s~(-2)),且明显逃离高紊动区(0.04 m~2·s~(-2))进行上溯。本研究验证了紊动能和流速是影响鱼类上溯的重要水力因子,为鱼道进口补水设计及其优化提供了重要参考。     

齐口裂腹鱼幼鱼疲劳后游泳特性恢复状况研究

以中国地质公园（神农架）野生动物繁育基地提供的齐口裂腹鱼（Schizothorax prenanti）幼鱼（体长为14.017.5 cm,体重为39.665.6 g）为研究对象,利用自制鱼类游泳特性（Swimming performance）研究装置,运用递增流速法（Stepped velocity test）,研究了鱼类疲劳后20d和40d的游泳特性恢复状况。结果表明:（1）在20d内齐口裂腹鱼临界游泳速度（Critical swimming speed,Ucrit）相比于初次测试（20d前）有所降低,20d内的恢复状况较差;而在40d后,临界游泳速度已经基本恢复到最初状况,40d内的恢复状况较好。（2）疲劳后鱼类游泳效率显著下降,并且在40d后无法恢复正常。虽然40d后速度指数低于20d后速度指数,40d后游泳效率高于20d后游泳效率,但是相对于初次测试,40d后游泳效率恢复效果并不明显。（3）齐口裂腹鱼在疲劳后40d内,恢复能力（Recovery capability）无法恢复到正常状况,但由于3次测试中疲劳后过量耗氧（Excess post-exercise oxygen cost,EPOC） 波动并不大,说明疲劳对其恢复能力影响并不大。（4）20d后和40d后无氧呼吸时间均较第一次测试时提前,说明疲劳损伤对其有氧呼吸能力产生了持续影响。（5）疲劳对鱼类生态行为（Ecological behavior）影响不明显。研究有利于为鱼道建设提供基础资料,对生物多样性保护具有深远意义。       

中国南方典型地区油-稻轮作条件下大气SO2干沉降速率动态变化

以1998年11月～1999年10月中国科学院红壤生态试验站农田小气候观测站气象梯度资料(温度、风速、气压),计算近地面湍流特征参数(u^*、θ^*、L),然后采样阻力模式计算SO₂干沉降速率(V_d),研究了该地油-稻轮作条件下大气SO₂干沉降V_d动态变化。结果表明,一年中大气SO₂于沉降V_d时平均年均值0.124～0.897cm·s^-1(mean±SE=0.507±0.167cm·s^-1).一年中大气SO₂干沉降V_d存在如下规律性:白天>晚上。3～8月份SO₂V_d平均值(0.611cm·s^-1大于9～12、1～2月份SO₂V_d平均值(0.401cm·s^-1)。水稻生长期间(0.605±0.093cm·s^-1)>油菜(0.491±0.166cm·s^-1)>休闲(0.342±0.174cm·s^-1)。     

野生和养殖裂腹鱼血液学指标的比较研究

对齐口裂腹鱼和重口裂腹鱼的野生和养殖个体血液学指标进行了比较研究.结果显示:重口裂腹鱼野生组的红细胞长径和短径、红细胞核长径和短径、嗜中性粒细胞长径和短径、淋巴细胞长径和短径、总蛋白和甘油三酯与齐口裂腹鱼野生组相应指标差异显著;齐口裂腹鱼野生组的嗜中性粒细胞长径、嗜中性粒细胞短径、淋巴细胞长径、淋巴细胞短径和淋巴细胞核长径显著大于养殖组;重口裂腹鱼野生组的红细胞短径明显小于养殖组重口裂腹鱼;齐口裂腹鱼野生组血液中TP、GLU和TG显著低于齐口裂腹鱼养殖组;重口裂腹鱼野生组TG、T-CHO与养殖组重口裂腹鱼差异显著.这些差异说明齐口裂腹鱼和重口裂腹鱼在生理适应方面存在差异,养殖活动对它们的生理状况有一定的影响.     

应用于鱼道设计的马口鱼(Opsariichthys bidens)游泳能力

马口鱼(Opsariichthys bidens)广泛存在于长江流域,是体型较小的重要经济鱼种。游泳耐力、临界游泳速度、冲刺游泳速度是鱼类重要的游泳能力参数。本文利用鱼类游泳能力测试环形水槽,在实验水温21.4±0.3℃条件下,用固定流速法对128尾(全长TL:9.60~15.10 cm)测试鱼进行游泳耐力测试,用流速递增法分别对31尾(TL:9.16~15.91cm)、56尾(TL:8.78~16.81 cm)测试鱼进行临界游泳速度、冲刺游泳速度测试。结果表明:在游泳耐力测试中,84%以上测试鱼持续游泳时间集中分布在0~10 min和200 min的范围内;疲劳时间(E)、游泳速度(V)、全长(TL)之间的关系可拟合为lg E=1.603-0.025V+0.146TL(R~2=0.562,P0.001),根据拟合关系式预测全长为9.60 cm(最小长度)测试鱼可连续通过的鱼道长度与允许最大鱼道内平均水流速度的关系曲线为V_(fmax)=223.3973-17.3609ln(d-0.0130);测试鱼的临界游泳速度值为61.07~120.03 cm·s~(-1)(相对临界游泳速度6.57~12.65 BL·s~(-1));冲刺游泳速度范围为65.03~155.07 cm·s~(-1)(相对冲刺游泳速度5.31~17.95 BL·s~(-1)),78%的实验鱼其冲刺游泳速度大于1 m·s~(-1),平均冲刺游泳速度约为平均临界游泳速度的1.23倍。本试验方法和结果可为鱼道设计提供相关依据。     

基于冠层塔吊原位测定长白山温带阔叶红松原始林群落主要树种的光合特征

为了更好地理解温带阔叶红松原始林群落主要树种的生理生态学特征,为森林生态系统碳动态的模拟预测提供基础数据,本研究依托中国科学院长白山森林生态系统定位站,首次利用冠层塔吊原位测定了阔叶红松原始林群落4个主要树种成熟大树的CO₂响应曲线,并利用FvCB模型计算了一些重要的光合生理参数.结果表明: 红松的光合速率(A)、最大羧化速率(V_{c max})和气孔导度(g_s)均最小,而其气孔对光合的限制性(L_s)最大.水曲柳、蒙古栎和紫椴这3个阔叶树种的光合特征也存在显著差异.基于叶片面积的V_{c max}大小顺序为:水曲柳(83.2 μmol·m^-2·s^-1)、蒙古栎(89.3 μmol·m^-2·s^-1)>紫椴(68.4 μmol·m^-2·s^-1)、红松(68.8 μmol·m^-2·s^-1)(P<0.05),而基于叶片质量的V_{c max}大小顺序为:水曲柳(1.36 μmol·g^-1·s^-1)>蒙古栎(1.03 μmol·g^-1·s^-1)>紫椴(0.90 μmol·g^-1·s^-1)>红松(0.42 μmol·g^-1·s^-1)(P<0.05).7—9月,水曲柳和蒙古栎的A值显著降低,而紫椴和红松的A值变化不显著;所有树种V_{c max}都随季节发生显著下降.在温带阔叶红松林生态系统碳动态的模拟预测中,应该考虑V_{c max}的季节变化.     

光照强度对虎斑乌贼生长、存活、代谢及相关酶活性的影响

采用单因子试验方法,分析了不同光照强度(10、30、50、70、90 μmol·m^-2·s^-1)下虎斑乌贼特定生长率、存活率、耗氧率、排氨率、肌肉中乳酸含量,以及呼吸代谢酶(己糖激酶、丙酮酸激酶、乳酸脱氢酶)、肝脏中超氧化物歧化酶活性和丙二醛含量变化.结果表明: 随着光照强度的增强,虎斑乌贼的特定生长率和存活率均呈现先稳定后逐渐下降的趋势,10和30 μmol·m^-2·s^-1组之间差异不明显,但显著高于其他组,10和30 μmol·m^-2·s^-1光照条件下的特定生长率分别为(8.43±0.22)和(8.47±0.17)%·d^-1,存活率分别为(79.2±5.9)%和(80.0±4.9)%;耗氧率和排氨率随着光照强度的增强呈现先缓后急的上升趋势,在光照强度为90 μmol·m^-2·s^-1条件下达到最大值,且显著高于其他组,肌肉中乳酸含量则呈现先降低后上升的趋势,10 μmol·m^-2·s^-1组的乳酸含量与30和50 μmol·m^-2·s^-1组无显著性差异,但显著低于其他两组;随着光照强度的增强,鳃中己糖激酶和丙酮酸激酶活性先稳定后逐渐降低,在光照强度为10和30 μmol·m^-2·s^-1条件下活性最高,且显著高于其他组,肌肉中乳酸脱氢酶活性则在这两种光照强度下活性最低,且显著低于其他组;超氧化物歧化酶活性随着光照强度的增强呈现先升高后下降的趋势,在70 μmol·m^-2·s^-1光照强度下活性最高,且显著高于其他组,为(104.93±4.17) U·mg^-1 pro,丙二醛含量随光照强度的增强先稳定后逐渐增加,在光照强度为90 μmol·m^-2·s^-1时含量最高,且显著高于其他组,为(5.06±0.35) nmol·mg^-1 pro.表明10和30 μmol·m^-2·s^-1条件下虎斑乌贼生长、存活和代谢水平处于最佳状态,适用于规模化养殖,一旦超过此范围,光照越强,受到的胁迫越大,越不适合于乌贼生长与存活.在实际养殖过程中要避免太阳光直射,做好遮光措施.     

四川裂腹鱼耳石碳、氧稳定同位素特征

为探讨耳石碳(δ¹³C)、氧(δ¹⁸O)稳定同位素在淡水鱼类群体识别中的作用,本研究以养殖条件下不同年龄组四川裂腹鱼为对象,采用稳定同位素质谱仪进行碳、氧同位素测定,揭示耳石中碳、氧稳定同位素特征,探讨其与环境间的关系. 结果表明:1⁺龄四川裂腹鱼δ¹³C和δ¹⁸O值均与耳石质量无显著相关关系,但在微耳石和星耳石之间存在显著差异;不同年龄四川裂腹鱼微耳石δ¹³C和δ¹⁸O平均值分别为(-9.58±0.06)‰、(-8.33±0.17)‰,其在雌雄个体之间均无显著性差异,但在不同年龄组间存在显著差异. 耳石δ¹⁸O和δ¹³C的关联分析能有效区分四川裂腹鱼不同养殖年龄群体,可作为一种识别淡水鱼类养殖群体的手段.     

Characteristics and partitioning of ozone dry deposition measured by eddy-covariance technology in a winter wheat field

Aims Anthropogenic pollutants cause an increase in ground-level ozone concentration, which is a known threat to plant growth and yield and has been extensively observed worldwide. Since ozone is only slightly soluble in water, it is deposited mainly through dry deposition in terrestrial ecosystem. The object of this study was to analyze the characteristics of ozone dry deposition and to estimate the contribution of stomatal and non-stomatal ozone deposition pathways to total ozone deposition in a winter wheat field.Methods The research site was a winter wheat (Triticum aestivum) field located in Yongfeng experimental station of Nanjing University of Information Science & Technology. The data used in this study were collected from March 16, 2016 to May 30, 2016. We observed ozone dry deposition with an eddy-covariance system. This system mainly included a 3D sonic anemometer, an open-path infrared absorption spectrometer, a fast-response ozone chemiluminescent analyzer and a slow-response ozone monitor. We simultaneously measured meteorological data including solar radiation (SR), air temperature (T), air relativity humidity (RH), wind speed, net radiation, and rainfall. All raw data were recorded with data-logger and averaged every 30 min.Important findings Half hourly means of ozone concentrations (C_O3), ozone flux (F_O3) and ozone dry deposition velocity (V_d) in the winter wheat field were 32.9 nL·L^-1, -5.09 nmol·m^-2·s^-1, 0.39 cm·s^-1, and the ranges of them were 16-58 nL·L^-1, -2.9- -11.7 nmol·m^-2·s^-1, 0.17-0.63 cm·s^-1, respectively. F_O3 and C_O3/V_d were found to be mismatched with phase peaks occurring at different time intervals. The ecosystem was more effective on ozone dry deposition, under conditions of moderate to high SR (SR ≥ 400 W·m^-2), moderate T and humility (T = 18 °C and RH > 40%). The relationship between V_dmax and SR was this function (y = 1.06 -exp (-0.0094 - x)). V_dmax increased with SR When SR < 400 W·m^-2, and V_dmax reached its maximum when SR =400 W·m^-2. V_dmax maintained its maximum when SR ≥ 400 W·m^-2. The relationship between V_dmax and T was “bell” curve (y = 1.06 - (x - 18)²/169). V_dmax reached its maximum when T = 18 °C. V_dmax decreased with RH when RH < 40 % (y = 0.030x - 0.106). The variation of V_d might uncertainty when RH was high. There was a liner positive relationship between friction velocity (u*) and V_d, but this relationship was not significant. The mean day-to-day and daytime contributions of stomatal and non-stomatal ozone deposition pathway to total ozone deposition were 32%, 68% and 42%, 58%, respectively, during the whole experimental period.     

长白落叶松人工林采伐迹地土壤火灾温度场试验研究

建立长白落叶松人工林采伐迹地燃烧床试验模型,进行火灾模拟试验,利用热电偶测温系统得出火灾过程中500、1000、1500 s时各层土壤测试点的温度数据,将数据以图像的形式展现,得出火灾过程中各层土壤温度场的变化情况.结果表明: 当风速≤2 m·s^-1或≥10 m·s^-1时,可燃物均无法充分燃烧;在可燃物充分燃烧的情况下,风速为6 m·s^-1时,各层土壤温度最高,土层受高温影响深度在12 cm以上,其中3 cm层土壤最高温度可达300 ℃.与非伐根处土壤相比,伐根处土壤在火灾过程中最高温度更大,且距离伐根越近的位置土壤温度越高.风速为6 m·s^-1时,3 cm层土壤距离伐根最远处到最近处的温度范围为198～315 ℃.随着土壤深度的加深,土壤温度的变化急剧减小.15 cm层土壤温度几乎无变化;12 cm层土壤仅在风速为6 m·s^-1时温度有所升高;3 cm层土壤温度最高.当风速为6 m·s^-1时,土壤温度受火灾影响最大,且伐根处土壤受损最严重.     

基于东北温带落叶阔叶林通量数据的BEPS 模型参数优化

控制其他参数为经验常数,利用迭代方法对主要光合作用参数最大羧化速率(V_{c max}) 及最大电子传递速率(J_max)进行不同数值组合,将得到的多组模拟结果的逐日总初级生产力(GPP)分别与东北帽儿山落叶阔叶林的通量观测数据进行比较,实现对小时步长BEPSHourly模型V_{c max}和J_max的参数优化.结果表明: 对于东北温带落叶阔叶林,当V_{c max}为41.1 μmol·m^-2·s^-1、J_max 为82.8 μmol·m^-2·s^-1时,模拟的2011年逐日GPP与观测数据比较的均方根误差(RMSE)最小,为1.10 g C·m^-2·d^-1,R²最高,为0.95.经过光合作用参数V_{c max}和J_max优化后,BEPSHourly模型能更好地模拟GPP的季节变化.     

柳树新无性系(A42)对富营养水体不同浓度磷的吸收和净化机制

磷是评价水体富营养化的因子之一,也是植物生长必需营养元素,研究速生木本植物对富营养水体中磷的吸收具有重要意义.本研究以旱柳新无性系A42为对象,于2017年7—9月在温室大棚中进行浮床水培试验,研究了旱柳对不同磷营养水平水体(低磷0.1、0.2 mg·L^-1;中磷1.0、2.0 mg·L^-1;高磷10.0 mg·L^-1)的吸收和净化机制.结果表明:旱柳能有效净化水体中的磷营养(21 d达到79%以上),去除量与水体磷浓度呈正相关,但去除率随水体磷浓度增加呈先升高后降低趋势.旱柳可于7 d内将磷浓度为0.1～1 mg·L^-1的富营养水体中磷浓度降低至富营养阈值(0.016～0.032 mg·L^-1).旱柳富集同化的磷含量占水体磷总输入量的29.0%～66.9%,富集同化量与富集同化率分别与水体磷浓度呈正相关和负相关.旱柳在不同磷浓度水体中均能正常生长,根冠比随水体磷浓度下降而显著增加.氮、磷在旱柳体内积累均表现为茎>叶>根,旱柳的氮、磷转运系数均大于3,在高磷浓度水体中,氮磷营养在旱柳的茎部大量积累,氮、磷转运系数分别显著增加至4.53±0.24和4.92±0.62.表明旱柳在不同磷浓度富营养水体中均能正常生长且有良好的净化能力,能够通过富集转运磷营养至地上部来减少二次污染.实际应用中,对于低磷浓度水体,适合做短期净化;对于高磷浓度水体,适合做长期净化.