Hydroacoustic methods and tools for fish stock assessment and fishery maintenance Part 2. Methods and tools of fishery biohydroacoustics

Studies on influence of hydroacoustic fields on behaviour of commercial species and using of hydroacoustic tools for management of fish and squids behavior to increase the fishing efficiency are overviewed. The methods and means of fisheries biohydroacoustics are considered critically and the reasons of their unsatisfactory using in fishery are analyzed. Sounds with a certain spectrum and level are still applied for influence on fish behaviour without sufficient scientific and technical substantiation, so a complex approach to development of effective hydroacoustic tools for remote control of fish movement is necessary. Results of studies on acoustic reception and acoustic activity for schooling physostomous fishes are presented. Spectral-power and temporal parameters of the sounds and their frequency differentiation by fish size are determined. Sound-generating mechanisms of fish are considered and signal significances of the sounds radiated by fish are recognized. Stereotypes of acoustic behaviour are revealed for toothed whales during their hunting upon fish: these predatory cetaceans have special acoustic manipulators able to generate signals for concentration and holding the fish, adapted for hearing system of the prey. Results of hydrobionic modelling of organs and mechanisms for sound generation of marine animals and their technical realization in hydroacoustic devices are presented. The developed devices allow to generate underwater pulse sound signals simulating biological signals of certain physostomous fish species and predatory cetaceans (dolphins and killer whales). Efficiency of these simulating signals influence on behaviour of fish is proved by behavioral experiments and fishing tests. Applications of these devices for various fisheries are discussed.

biohydroacoustics, bioacoustics, sound of fish, hearing capability, acoustic behavior, sound-generating organ, sound characteristic, acoustic stimulus, control of fish behavior, simulator of sounds, fish reaction, squid reaction

1. Белькович В.М., Дубровский Н.А. Сенсорные основы ориентации китообразных : моногр. - Л. : Наука, 1976. - 204 с.

2. Белькович В.М., Иванова Е.Е., Ефременкова О.В. и др. Характеристика поисково-охотничьего поведения дельфинов // Поведение дельфинов. - М. : Наука, 1978. - С. 34-65.

3. Воловова Л.А. Применение подводной акустики для управления поведением рыб в прибрежном рыболовстве : ОИ / ЦНИИТЭИРХ. Сер. Пром. рыболовство. - М., 1978. - Вып. 2. - 58 с.

4. Дородных Г.В. Морфологические особенности строения плавательного пузыря сельди как звукоформирующего аппарата // Изв. ТИНРО. - 1975. - Т. 94. - С. 35-37.

5. Иванов М.П. Эхолокационные сигналы дельфина при решении задач в сложных акустических условиях // Акустич. журн. - 2004. - Т. 50, № 4. - С. 550-561.

6. Иванов М.П., Степанов Б.Г. Исследование акустического биосонара дельфина и возможности построения его технического аналога // Фунд. и прикл. гидрофизика. - 2011. - Т. 4, № 3. - С. 108-121.

7. Исакович М.А. Общая акустика : моногр. - М. : Наука, 1973. - 495 с.

8. Казнадзей В.В., Крейчи С.А., Хахалкина Э.Н. Свистоподобные сигналы афалин и способы их организации // Акустич. журн. - 1976. - Т. 22, вып. 6. - С. 858-864.

9. Константинов А.И., Власов А.П., Протасов В.Р. Эхолокация // Бионика. Биологические аспекты. - Киев : Вища школа, 1978. - С. 219-251.

10. Корнев С.И., Белонович О.А., Никулин С.В. Косатки (Orcinus orca) и промысел черного палтуса (Reinhardtius hippoglossoides) в Охотском море // Исслед. вод. биорес. Камчатки и сев.-зап. части Тихого океана. - Петропавловск-Камчатский : КамчатНИРО, 2014. - Вып. 34. - С. 42-49.

11. Кручинин О.Н. Результативность лова донными ярусами и ущерб от объедания улова косатками на промысле палтуса в Охотском море // Изв. ТИНРО. - 2010. -Т. 162. -С. 362-370.

12. Кручинин О.Н. Тактика замета кошелькового невода и способы управления поведением рыб в зоне облова : моногр. -Владивосток : ТИНРО-центр, 2006. -127 с.

13. Кудрявцев В.И. Использование гидроакустики в рыбном хозяйстве : моногр. - М. : Пищ. пром-сть, 1979. - 172 с.

14. Кудрявцев В.И. Об использовании высокочастотных акустических полей для управления поведением рыб // Рыб. хоз-во. - 2003. - № 4. - С. 50-53.

15. Кузнецов М.Ю. Акустическая активность некоторых видов дальневосточных рыб и обоснование параметров акустических стимулов для дистанционного воздействия на рыб // Изв. ТИНРО. - 2007. - Т. 150. - С. 281-300.

16. Кузнецов М.Ю. Биотехническое обоснование и разработка пневмоакустических систем для управления поведением рыб в процессе лова : автореф. дис.. канд. техн. наук. - Владивосток : Дальрыбвтуз, 1996. - 28 с.

17. Кузнецов М.Ю. Гидроакустические методы и средства оценки запасов рыб и их промысла. Часть 1. Гидроакустические средства и технологии их использования при проведении биоресурсных исследований ТИНРО-центра // Изв. ТИНРО. - 2013. - Т. 172. - С. 20-51.

18. Кузнецов М.Ю. Дистанции реагирования различных видов рыб на гидроакустические шумы промысловых и научно-исследовательских судов и допустимые уровни шума // Изв. ТИНРО. - 2011. - Т. 164. - С. 157-176.

19. Кузнецов М.Ю. Особенности акустической сигнализации и генерации сигналов некоторых видов стайных открытопузырных рыб // Акустич. журн. - 2009. - Т. 55, № 6. - С. 799-808.

20. Кузнецов М.Ю. Стереотипы акустического поведения хищных китообразных во время охоты на рыб и способы их применения в рыболовстве // Рыбпром. - 2010а. - № 3. - С. 113-117.

21. Кузнецов М.Ю. Обоснование параметров акустических стимулов для дистанционного воздействия на поведение тихоокеанского кальмара и технологии его лова с использованием звука // Изв. ТИНРО. - 2010б. - Т. 161. - С. 278-291.

22. Кузнецов М.Ю., Баринов В.В. Использование звуковых полей для интенсификации джиггерного лова тихоокеанского кальмара // Рыбпром. - 2009. - № 3. - С. 68-73.

23. Кузнецов М.Ю., Вологдин В.Н., Баринов В.В. Исследование влияния акустических стимулов на плотность скопления гидробионтов вблизи кальмароловного судна и уловы кальмаров на джиггеры // Изв. ТИНРО. - 2010. - Т. 162. - С. 371-388.

24. Кузнецов М.Ю., Кручинин О.Н., Кузнецов Ю.А. Пневматический излучатель : А.с. № 1748532 СССР, 1992. Заявлено 30.03.90; Опубл. 15.03.92.

25. Кузнецов Ю.А. Акустическая активность дельфинов при нападении на скопление рыб // Промышленное рыболовство. - Владивосток : ТИНРО, 1979. - Вып. 9. - С. 72-75.

26. Кузнецов Ю.А. Влияние воздушных завес на поведение рыб // Рыб. хоз-во. - 1969. - № 9. - С. 53-55; № 10. - С. 48-50.

27. Кузнецов Ю.А. Некоторые рекомендации для постановки исследований в области промысловой биоакустики (технические и биофизические задачи) // Промышленное рыболовство. - Владивосток : ТИНРО, 1975. - Вып. 5. - С. 3-18.

28. Кузнецов Ю.А. Системный принцип постановки биотехнических задач. Оптимизация техники и тактики промысла // Исследования по оптимизации рыболовства и совершенствованию орудий лова. - М. : ВНИРО, 1985. - С. 8-21.

29. Кузнецов Ю.А., Кузнецов М.Ю. Акустическое поведение дельфинов во время охоты на рыб // Поведение и поведенческая экология млекопитающих. - М. : ИПЭЭ РАН, 2009. - С. 55.

30. Кузнецов Ю.А., Кузнецов М.Ю. Обоснование и разработка методов и средств промысловой биоакустики : моногр. - Владивосток : Дальрыбвтуз, 2007. - 339 с.

31. Ларионов Ю.Г., Матвиенко Ю.В. Бодался теленок с дубом, или опыт применения мощного звука для защиты судов от нападения касаток при ярусном лове // Подводные исследования и робототехника. - 2006. - № 1. - С. 61-72.

32. Магнер А.П., Хоменко Б.Г. О функциональной анатомии и звукообразовательных способностях верхних дыхательных путей черноморских дельфинов // Бионика. - 1975. - Вып. 9. - С. 138-145.

33. Мантейфель Б.П. Изучение поведения и рецепции рыб в СССР // Вопр. ихтиол. - 1967. - Т. 7, вып. 5(46). - С. 917-925.

34. Мантейфель Б.П., Павлов Д.С., Ильичев В.Д., Баскин Л.М. Биологические основы управления поведением животных // Экологич. основы управл. поведением животных. - М. : Наука, 1980. - С. 5-24.

35. Мельников В.Н. Биофизические основы промышленного рыболовства : моногр. - М. : Пищ. пром-сть, 1973. - 392 с.

36. Мельников В.Н. Основы управления объектом лова : моногр. - М. : Пищ. пром-сть, 1975. - 358 с.

37. Морская биоакустика : моногр. / под ред. У.Н. Таволга. - Л. : Судостроение, 1969. - 422 с. (Пер. с англ.)

38. Непрошин А.Ю. Звукоиндикация и шумопеленгование рыб : моногр. - М. : Пищ. пром-сть, 1979. - 158 с.

39. Протасов В.Р. Биоакустика рыб : моногр. - М. : Наука, 1965. - 207с.

40. Протасов В.Р. Поведение рыб : моногр. - М. : Пищ. пром-сть, 1978. - 295 с.

41. Романенко Е.В. Физические основы биоакустики : моногр. - М. : Наука, 1974а. - 178 с.

42. Романенко Е.В. О механизме излучения некоторых импульсных и свистовых сигналов дельфинов // Морфология, физиология и акустика морских млекопитающих. - М. : Наука, 1974б. - С. 136-146.

43. Сорокин М.А. Слуховые способности некоторых дальневосточных рыб : автореф. дис. … канд. биол. наук. - М. : ИЭМЭЖ, 1984. - 28 с.

44. Трусканов М.Д. Исследование звуковых полей на промысле дальневосточной скумбрии // Рыб. хоз-во. - 1974. - № 1. - С. 37-39.

45. Урик Р.Д. Основы гидроакустики : моногр. - Л. : Судостроение, 1978. - 448 с. (Пер. с анrл.)

46. Филатова О., Шулежко Т. Акустическая коммуникация зубатых китов // Успехи соврем. биологии. - 2006. - Т. 126, № 3. - С. 297-304.

47. Шишкова Е.В. Физические основы гидроакустики : моногр. - М. : Пищ. пром-сть, 1977. - 240 с.

48. Astrup J., Møhl B. Detection of intense ultrasound by the cod, Gadus morhua // J. Exp. Biol., 1993. - Vol. 182. - P. 71-80.

49. Babaran R.P., Anraku K., Ishizaki M. et al. Sound generated by a payao and comparison with auditory sensitivity of jack mackerel Trachurus japonicus // Fish. Sci. - 2008. - Vol. 150. - P. 1207-1214.

50. Buwalda R.J., Schuijf A., Hawkins A.D. Discrimination by the cod of sounds from opposing directions // J. Comp. Physiol. - 1983. - Vol. 150. - P. 175-184.

51. Cerchio S., Dahlheim M. Variation in feeding vocalizations of humpback whales Megaptera novaeangliae from southeast Alaska // J. Bioacoustics. - 2001. - Vol. 11. - P. 277-295.

52. Demski L.S., Gerald J.W., Popper A.N. Central and Peripheral mechanisms of teleost sound production // Amer. Zool. - 1973. - № 13. - P. 1141-1167.

53. Denton E., Blaxter J. The mechanical relationships between the clupeid swimbladder, inner ear and the lateral line // J. Mar. Assoc. U.K. - 1976. - Vol. 56. - P. 787-807.

54. Doksæter L., Godo O.R., Handegard N.O. et al. Behavioral responses of herring (Clupea harengus) to 1-2 and 6-7 kHz sonarsignals and killer whale feeding sounds // J. Acoust. Soc. Am. - 2009. - Vol. 125. - P. 554-564.

55. Enger P.S. Hearing in herring // J. Comp. Biochem. Physiol. - 1967. - Vol. 22. - P. 527-538.

56. Fay R.R. Sound localization by fishes // Sound Source Localization. - N.Y. : Spinger Science ; Business Media, 2005. - P. 36-66.

57. Fay R.R., Popper A.N. Hearing in fishes and amphibians: An introduction // Comparative Hearing: Fish and Amphibians. - N.Y. : Springer-Verlag, 1999. - Р. 43-100.

58. Fish Bioacoustics / eds J.F. Webb, R.R. Fay, A.N. Popper. - N.Y. : Springer Science ; Business Media, 2008. - 318 p.

59. Ford J.K.B. Acoustic behavior of resident killer whales (Orcinus orca) off Vancouver Island, British Columbia // Can. J. Zool. - 1989. - Vol. 67. - P. 727-745.

60. Goetz F.A., Dawson J.J., Shaw T., Dillon J. Evaluation of low-frequency sound transducers for guiding salmon smolts away from a navigation lock // Am. Fish. Soc. Symp. - 2001. - Vol. 26. - P. 91-104.

61. Hawkins A.D. The hearing abilities of fish // Hearing and sound communication in fishes. - N.Y., 1981. - P. 109-138.

62. Hawkins A.D., Johnstone A.D.F. The hearing of the Atlantic Salmon, Salmo salar // Fish Biol. - 1978. - № 13. - P. 655-673.

63. Hu M.Y., Yan H.Y., Chung W.S. et al. Acoustically evoked potentials in two cephalopods inferred using the auditory brainstem response (ABR) approach // J. Comp. Biochem. and Physiol. - 2009. - Vol. 153, pt A. - P. 278-283.

64. Jurasz D.M., Jurasz V.P. Feeding modes of the humpback whale (Megaptera novaeangliae) in southeast Alaska // Scientific Reports of the Whales Research Institute. - Tokyo, 1979. - Vol. 31. - P. 69-83.

65. Kaatz I.M. Multiple Sound-Producing Mechanisms in Teleost Fishes and Hypotheses Regarding Their Behavioural Significance // Bioacoustics. - 2002. - Vol. 12. - P. 230-233.

66. Kaifu K., Akamatsu T., Segawa S. Underwater sound detection by cephalopod statocyst // Fish. Sci. - 2008. - Vol. 74. - P. 781-786.

67. Kasumyan A.O. Sounds and sound production in fishes // J. Ichthyol. - 2008. - Vol. 48, № 11. - P. 981-1030.

68. Kasumyan A.O. Structure and function of the auditory system in fishes // J. Ichthyol. - 2005. - Vol. 45, Suppl. 2. - P. 223-270.

69. Komak S., Boal J.G., Dickel L., Budelmann B.U. Behavioural responses of juvenile cuttlefish (Sepia officinalis) to local water movements // J. Marine and Freshwater Behavour and Physiol. - 2005. - Vol. 38(2). - P. 117-125.

70. Kuznetsov M.Y., Kuznetsov Y.A. Sound production in some physostomous fish species and effects of biological sounds on fish // The Effects of Noise on Aquatic Life. - N.Y. : Springer Science ; Business Media, 2012. - P. 177-180.

71. Maniwa Y. Attraction of bony fish, squid and crab by sound // Sound Reception in Fish. - Amsterdam, 1976. - P. 271-283.

72. Mann D.A., Higgs D.M., Tavolga W.N., Popper A.N. Ultrasound detection by clupeiforme fishes // Bioacoustics. - 2002. - Vol. 12. - P. 188-191.

73. Parmentier E., Lagardere J.P., Braquegnier J.B. et al. Sound production mechanism in carapid fish: first example with a slow sonic muscle // J. Exp. Biol. - 2006. - № 209(15). - P. 2952-2960.

74. Pitcher T.J., Parrish J.K. Functions of shoaling behaviour in teleosts // The behaviour of teleost fishes. - L. : Chapman and Hall, 1993. - P. 364-439.

75. Popper A.N. An overview of the applied use of sound in fisheries and fish biology // Bioacoustics. - 2002. - Vol. 12. - P. 303-306.

76. Popper A.N., Carlson T.J. Application of sound and other stimuli to control fish behavior // Transactions of the American Fisheries Society. - 1998. - Vol. 127. - P. 673-707.

77. Popper A.N., Fay R.R., Platt C., Sand O. Sound detection mechanisms and capabilities of teleost fishes // Sensory Processing in Aquatic Environments. - N.Y. : Springer-Verlag, 2003. - P. 3-38.

78. Popper A.N., Schilt C.R. Hearing and Acoustic Behavior: Basic and Applied Considerations // Fish Bioacoustics. - N.Y. : Springer Science ; Business Media, 2008. - P. 17-48.

79. Ramcharitar J., Gannon D.P., Popper A.N. Bioacoustics of the family Sciaenidae (croakers and drumfishes) // Tran. Am. Fish. Soc. - 2006. - № 135. - P. 1409-1431.

80. Schack H.B., Malte H., Madsen P.T. The responses of Atlantic cod (Gadus morhua L.) to ultrasound-emitting predators: stress, behavioural changes or debilitation? // J. Exp. Biol. - 2008. - Vol. 211. - P. 2079-2086.

81. Schuijf A. Directional hearing of cod (Gadus morhua) under approximate free field conditions // J. Comp. Physiol. - 1975. - Vol. 98. - P. 307-332.

82. Similä T., Ugarte F. Surface and underwater observations of cooperatively feeding killer whales in northern Norway // Can. J. Zool. - 1993. - Vol. 71. - P. 1494-1499.

83. Simon M., Ugarte F., Wahlberg M., Miller L.A. Icelandic killer whales Orcinus orca use a pulsed call suitable for manipulating the schooling behaviour of herring Clupea harengus // J. Bioacoustics. - 2006. - Vol. 16. - P. 57-74.

84. Simon M., Wahlberg M., Ugarte F., Miller L.A. Acoustic characteristics of underwater tail slaps used by Norwegian and Icelandic killer whales (Orcinus orca) to debilitate herring (Clupea harengus) // J. Exper. Biol. - 2005. - Vol. 208. - P. 2459-2466.

85. Sorokin M.A. Directional hearing in cluipeidae // Soviet. Mar. Biol. - 1989. - Vol. 14. - P. 329-335.

86. Szymanski M.D., Bain D.E., Pennington S. et al. Killer whale (Orcinus orca) hearing: Auditory brainstem response and behavioral audiograms // J. Acoust. Soc. Am. - 1999. - № 106. - P. 1134-1141.

87. Tavolga W.N. Sound production and detection // J. Fish Physiol. - N.Y., 1971. - № 5. - P. 135-205.

88. Van Opzeeland I.C., Corkeron P.J., Leyssen T. et al. Acoustic behaviour of Norwegian killer whales, Orcinus orca, during carousel and seiner foraging on spring-spawning herring // J. Aquat. Mamm. - 2005. - Vol. 31. - P. 110-119.

89. Visser I.N. Killer whale (Orcinus orca) interactions with longline fisheries in New Zealand waters // J. Aquatic Mammals. - 2000. - Vol. 26. - P. 241-252.

90. Wahlberg M. A review of the literature on acoustic herding and attraction of fish // Fiskeriverket Rapport. - 1999. - Vol. 2. - P. 5-43.

91. Wiley D., Ware C., Bocconcelli A. et al. Underwater components of humpback whale bubble-net feeding behaviour // Behaviour. - 2011. - Vol. 148(5). - P. 575-602.

92. Wilson B., Batty R.S., Dill L.M. Pacific and Atlantic herring produce burst pulse sounds // Biol. Letters. - 2004. - Vol. 271. - P. 95-97.

93. Yan H.Y., Anraku K., Babaran R.P. Hearing in marine fish and its application in fisheries // Behavior of Marine Fishes: Capture Processes and Conservation Challenges. - Ames : Blackwell Publishing Ltd., 2010. - P. 45-64.

94. Young J. The angular acceleration receptor systems of diverse cephalopods // Phil. Trans. R. Soc. Lond. - 1989. - Vol. 325, pt B. - P. 189-237.

95. Zelick R., Mann D.A., Popper A.N. Acoustic communication in fishes and frogs // J. Comparative Hearing: Fish and Amphibians. - N.Y. : Springer Science ; Business Media, 1999. - P. 363-411.