水下噪音对鱼类行为与生理的影响及其引起的生境选择和修复对策研究

Human offshore and water activities has increased the underwater noise, which has severe impacts on the aquatic life health, even their reproductive capacity, destroied the natural structure and function of aquatic ecosystem， and has become an unavoidable problem that needs immediate settlement. Fish is at the top-tropic of aquatic ecosystem, thus its habitat quality and the conditions of individual and population could well reflect the status of aquatic ecosystem. Therefore, to analysis the response of fish to hydroacoustic noise quantificationally is the key to solve the problem. The proposed study aims at revealing the responses of fish behaviour and hormones to underwater noise under different life stages individually and in group; analyzing the acumulative effects of noise on target species; estabilishing the coupling model of hydroenvironment and hydroacoustic, and combined with fish habitat model; simulating the different scenarios of underwater noise to reveal the distribution and evilution rule of fish habitat; determining the threshold of underwater noise and repair scheme for maintaining a healthy aquatic ecosystem.The results would not only set basis for river habitat and population conservation, but provide technical support for river synthesize management.

人类的近岸及水域活动使水下噪声大幅增加，严重影响水生生物的健康以至生殖能力，破坏水生态系统的正常结构与功能，已成为制约河流可持续开发的主要瓶颈。鱼类作为河流生态系统中的顶级群落，对其生境及个体种群的研究可以有效地反映河流生态的健康状况，因此，科学定量地分析鱼类行为及生理激素对噪声的响应关系，是解决上述问题的关键。本研究拟揭示目标鱼类不同生长期个体及种群的行为及生理激素对水下噪声的响应关系，分析水下噪声的频率和强度对目标鱼类的累积影响；建立河流水环境-水声耦合模型以及考虑目标鱼类行为和生理特征的河流生境模拟方法，模拟不同频率和强度的噪音环境，阐明目标鱼类生境分布及演变规律，提出河流鱼类生境修复方案及噪声限值。研究成果将为河流鱼类的生境修复及种群恢复奠定基础，同时为河流综合治理提供技术支持。

本研究综合水动力学、水生生物学、鱼类行为生态学、水声学、数据挖掘等学科知识，以漓江流域为研究对象，以光倒刺鲃为目标鱼类，针对目标鱼类不同生长期，通过控制实验，建立了目标鱼类对流速、水深、底质以及噪声的响应曲线；测定了不同干扰时间目标亲鱼血液及脑垂体中的GtH含量，分析了噪声对亲鱼产卵期激素分泌的累积影响。建立了研究区域水环境-水声模型，根据收集及补充监测的水文、气象、水环境及河道地形数据，建立并验证了漓江流域一维水动力-水质模型；结合生境调查的结果，选择漓江中游（杨家至刘家埠）约5km长的河段（分布3个产卵场），作为主要研究区域，建立了三维水动力-水环境模型，并结合抛物线方程建立了水动力-水声耦合模型。建立了考虑噪声的鱼类生境模型，利用目标物种与环境因子（流速、水深、底质以及噪声）的响应曲线，结合三维水环境-水声模型的模拟结果，采用遗传算法优化的模糊数学方法，建立了鱼类生境模型，并根据鱼类产卵场的调查结果进行了验证。利用鱼类生境模型的模拟结果，建立了河流生境评价指标体系，从数量及质量两方面对河流生境进行了评价，确定了鱼类生境恢复比例与流量之间的关系；利用小波分析，针对产卵期生境修复设计了生态洪峰，并利用生态流量作为约束条件，针对生境恢复面积设计了区域生态调度方案。研究成果可以应用于漓江流域的水环境管理，水生态环境修复以及水生种质资源保护；同时能够为漓江流域的生态调度、游船航线规划管理提供科学依据。