1试验材料及暂养
试验用鲢均由湖北宜都渔场提供。试验用鱼通过充氧水包或供氧水箱车分批运送到三峡大学生态水工实验室,暂养3d后进行试验。暂养水槽为直径2m、深为0.5m的圆形水槽。暂养期间水温为(20.00±1.00)℃,24h连续持续充氧。每2d换暂养水的30%,每1d投食饵料和吸粪便、残渣1次。
2试验方法
试验使用的圆形水槽同暂养水槽。试验鱼选择鲢幼鱼体长为(8.79±0.62)cm。试验鱼禁食24h后,放置于试验水槽中适应区,适应30min后进行试验。试验使用20尾鱼,2尾鱼为一组,共10组。每一组记录视频24h,白天采用自然光,晚上红外光。试验装置的顶部1.6m处放置红外摄像头记录试验鱼的自由游泳行为(图1)。试验水温为(20.00±1.00)℃,溶解氧保持在6.0mg/L以上。试验使用遮光布把试验水槽围住,避免与外界光干扰,禁止试验水槽附近的活动,避免外界声干扰。使用红外摄像头进行录像,通过视频回放每个小时随机选取的10个1min视频片段,采用SwisTrack4.0软件、LoggerPro32软件和手动视频分帧处理方法收集鲢游泳过程中的数据,以比较各数据采集方法的优劣。SwisTrack软件通过背景差值法实现二维平面上多目标自动追踪功能,LoggerPro32软件通过连续手动点击跟踪轨迹实现手动跟踪,手动视频分帧处理技术采用逐帧推进和像素定位换算的方法实现鱼类行为测试。在SwisTrack软件视频分析的的过程中,如果随意挑选视频片段,常产生较多非正常值。通过视频回放和肉眼观察,发现这部分视频出错片段对比度不高,或出现反光,或鱼类个体重叠。因此,在随后的视频处理中,选取对比度清晰,无反光,无个体游泳交叉行为的视频。试验记录体长(BL)、自由游泳速度(cm/s)、相对自由游泳速度(BL/s)、最大自由游泳速度(cm/s)和相对最大自由游泳速度(BL/s)。自由游泳速度为非静止时鱼的速度,相对速度为游泳速度与体长的比值,最大游泳速度为该视频片段中两帧之间的速度最大值。为了比较各种方法,引入效率值表征各种方法的优劣,效率值由三位操作人员根据实际操作经验,以手动视频分析为基础分1分进行打分。
3讨论
鱼类游泳行为学在各种高水生生物学报杂志简介详见
鱼类自由游泳行为作为持续游泳能力的一种,反应鱼类的行为特征。鱼类自由游泳速度类似于持续游泳速度,均表示鱼类的有氧运动速度,但自由游泳速度侧重于鱼类个体完全的自主游泳行为,而持续游泳速度更多的是被用于在游泳槽中鱼类被动游泳时进行其游泳能力定量[16]。溪红点鲑幼鱼(15cm)的相对自由游泳速度为略高于1BL/s,大马哈鱼(58—70cm,FL)的相对自由游泳速度为介于(1—2)BL/s,东方金枪鱼(81—143cm,FL)的相对自由游泳速度为(1.1—1.4)BL/s[17]。本文中鲢的相对自由游泳速度略高于上述鱼类,其原因可能是本文采用的游泳标准是仅选取运动中的个体作为视频分析对象,而上述研究包括了静止的行为,同时可能与本研究提供的是静水环境有关[18]。鱼类自由游泳过程中的最大游泳速度较少报道,学者们更多的是采用爆发游速、急冲(快速启动)速度评价鱼类的最大游泳速度。本文中鲢的最大自由游泳速度低于大多数鱼类的爆发游速(10BL/s),原因是在本研究中鲢处于静水环境且未受干扰,故较少产生爆发或快速启动行为。在鲢的视频分析过程中发现,SwisTrack还有许多可以改进的地方。在追踪目标的时候,当目标物出现重叠的正交现象,SwisTrack在该处可能出现辨认错误。2个追踪目标可能会重叠后继续朝向各自原本的运动方向运动,也可能重叠以后相撞而返回,但由于视频分析过程是在二维空间进行,软件不具备自动区分个体功能,也不具备对目标物在视频中进行标记染色功能,因此在视频中不可以出现重叠现象。在视频录制中,光与水面出现的反射现象,会在视频中全部体现出来。SwisTrack是根据视频的像素点来区别运动物体与背景的,光与水面的反射与折射现象会不间断的改变给定像素点位置的变化,SwisTrack不能正确识别该像素变化是运动物体还是反射现象,会把所有位置的像素变化识别为运动物体。由于鱼类游泳是在三维空间中进行,重叠的现象不可避免,因此SwisTrack软件还需要进行更深入的开发。总之,鱼类行为学研究有待于计算机视频分析技术的进一步应用,SwisTrack软件为鱼类研究者提供了一条有效分析鱼类二维轨迹的途径。
作者：石小涛 胡运燊 王博 黄瑶 陈求稳 刘德富 侯轶群 单位：中国科学院生态环境研究中心 水利部水工程生态效应与生态修复重点实验室
