ecodagЮг России: экология, развитиеSouth of Russia: ecology, development1992-10982413-0958State Institute of Applied Ecology of the Republic of Dagestan10.18470/1992-1098-2020-1-89-98ecodag-1878Research ArticleМЕТОДЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙENVIRONMENTAL RESEARCH METHODSОценка коэффициентов уравнения акустической силы цели на основе морфологии плавательного пузыря байкальского омуляEstimation of the Coefficients of the Equation of Acoustic Target Strength Based on the Morphology of Coregonus migratorius (Georgi, 1775) Swim Bladderhttps://orcid.org/0000-0001-9506-4135АношкоП. Н.AnoshkoP. N.

Павел Н. Аношко

Pavel N. Anoshko

https://orcid.org/0000-0002-1758-4458МакаровМ. М.MakarovM. M.

Михаил М. Макаров, кандидат географических наук, старший научный сотрудник; лаборатория междисциплинарных эколого‐экономических исследований и технологий

664009, Иркутск, ул. Улан‐Баторская, 3, а/я 278. Тел. +7(3952)423299

Mikhail M. Makarov, Cand. Geogr. Sci., Senior Researcher, Laboratory of Interdisciplinary Environmental‐Economic Research and Technology

3 Ulan‐Batorskaya St/Post Office Box 278, Irkutsk, 664009. Теl. +7(3952)423299

mmmsoft@hlserver.lin.irk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9124-418XПоповС. Б.PopovS. B.

Сергей Б. Попов

Sergei B. Popov

https://orcid.org/0000-0003-4885-397XДегтевА. И.DegtevA. I.

Андрей И. Дегтев

Andrey I. Degtev

https://orcid.org/0000-0002-3952-3277ДеникинаН. Н.DenikinaN. N.

Наталья Н. Деникина

Natalia N. Denikina

https://orcid.org/0000-0002-0769-694XДзюбаЕ. В.DzyubaE. V.

Елена В. Дзюба

Elena V. Dzyuba

ФГБУН Лимнологический институт Сибирского отделения Российской академии наукРоссияLimnological Institute, Siberian Branch, Russian Academy of SciencesRussian FederationВсероссийский научно‐исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографииРоссияAll‐Russia Scientific Research Institute of Fisheries and OceanographyRussian FederationООО «ПромГидроакустика»РоссияPromGidroakustika OOORussian Federation2020160420201518998Copyright © Аношко П.Н., Макаров М.М., Попов С.Б., Дегтев А.И., Деникина Н.Н., Дзюба Е.В., 20202020Аношко П.Н., Макаров М.М., Попов С.Б., Дегтев А.И., Деникина Н.Н., Дзюба Е.В.Anoshko P.N., Makarov M.M., Popov S.B., Degtev A.I., Denikina N.N., Dzyuba E.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ecodag.elpub.ru/ugro/article/view/1878

Цель работы – на основе морфологических характеристик плавательного пузыря байкальского омуля оценить коэффициенты уравнения TSmax=f(SL) с учетом особенностей модели акустического рассеяния.

Материал и методы

Материал и методы. Материалом для работы послужили 99 живых особей байкальского омуля. Для каждого экземпляра проводили измерения силы цели в садке с помощью эхолота EY500 фирмы Kongsberg Simrad и исследования морфологии плавательного пузыря. Измерения, анализ изображений и данных проводили с использованием программных ресурсов Image Pro 6.0,Exel и SciLab.

Результаты

Результаты. Определены основные морфологические характеристики плавательного пузыря байкальского омуля и установлены зависимости размеров и его пропорций от длины тела рыб. Рассчитанные на основе результатов модели акустического рассеяния вытянутого сфероида коэффициенты уравнения TS=20log(SL)–60 хорошо согласуются с коэффициентами по максимальным значениям, полученными в условиях садкового эксперимента. При пересчете коэффициентов с учетом аллометрических изменений длины плавательного пузыря относительно длины рыбы получено уравнение TS=23,2log(SL)–64,4. Выполнен сравнительный анализ имеющихся уравнений силы цели для байкальского омуля с полученным в данной работе.

Заключение

Заключение. Уравнение, полученное на модели плавательного пузыря как вытянутого сфероида, адекватно описывает зависимость максимальных значений силы цели от длины тела байкальского омуля, подтверждает полученную ранее зависимость по максимальным значениям TS в условиях садкового эксперимента и может служить основой для дальнейших теоретических изысканий.

Aim

Aim. The aim of the study was to estimate the coefficients of the equation TSmax=f(SL) considering the characteristics of an acoustic scattering model based on the morphological characteristics of the swim bladder of the Coregonus migratorius (Georgi, 1775). 

Material and Methods

Material and Methods. Ninety‐nine living specimens of C. migratorius served as the study material. For each specimen, the target strength in the cage was measured using an Kongsberg Simrad EY500 echo sounder and the morphology of the swim bladder was studied. Measurements, analysis of images and data were conducted using Image Pro 6.0. Excel and SciLab software resources. 

Results

Results. We determined the main morphological characteristics of the swim bladder in C. migratorius as well as the correspondence of its dimensions and proportions in relation to the length of the fish’s body. The coefficients of the equation TS=20log(SL)‐60, calculated on the results of the acoustic scattering model of a prolate spheroid, agree well with the coefficients calculated from maximum values obtained in the cage experiment. During the conversion of the coefficients relating to the allometric changes in the length of the swim bladder relative to fish length, the equation TS=23.2log(SL)‐64.4 was obtained. A comparative analysis of the available equations of the target strength for C. migratorius with those obtained in the study was undertaken. 

Conclusion

Conclusion. The equation obtained on the model of the swim bladder as a prolate spheroid adequately describes the dependence of the maximum values of the target strength on the body length of the C. migratorius and confirms the previously obtained dependence by maximum values of TS in the cage experimental conditions and can serve as a basis for further theoretical studies.

Байкальский омульоценка запасовакустическое рассеяниесила целиэффективная площадь поперечного сечения обратного рассеянияозеро БайкаBaikal omulstock assessmentacoustic scatteringtarget strengtheffective area of cross‐section of backscatterLake BaikalРабота выполнена в рамках государственного задания темы № 0345–2019–0002.This research was supported by State Project No. 0345–2019–0002.ReferencesКудрявцев В.И., Дегтев А.И., Борисенко Э.С., Мочек А.Д. Опыт использования гидроакустического метода и аппаратуры количественной оценки водных биомасс во внутренних водоемах // Рыбное хозяйство. 2006. N 5. С. 69‐72.Kudryavtsev V.I., Dyogtev A.I., Borisenko E.S., Mochek A.D. The experience of use of hydroacoustical method and the outfit for assessment of water biomass at inner water bodies. Rybnoye khozyaystvo [Fisheries]. 2006, no. 5, pp. 69‐72. (In Russian)Мельник Н.Г., Смирнова‐Залуми Н.С., Смирнов В.В., Мамонтов А.М., Аношко П.Н., Агафонников В.А., Астафьев С.Э., Бондаренко В.М., Варнавский А.В., Гончаров С.М., Гранин Н.Г., Дзюба Е.В., Дегтев А.И., Дегтярев В.А., Кучер К.М., Коцарь О.В., Макаров М.М., Мизюркин М.А., Небесных И.Н., Попов С.Б., Раскин А.С., Смирнова О.Г., Смолин И.А., Соколов А.В., Сороковиков А.В., Теслер В.Д., Тягун М.Л., Толстикова Л.И., Ханаев И.В., Ченский А.Г., Шерстянкин П.П., Яхненко В.М., Якуп М.А., Рудстам Л., Гийар Ж., Кудрявцев В.И. Гидроакустический учет ресурсов байкальского омуля. Новосибирск: Наука, 2009. 244 с.Mel'nik N.G., Smirnova‐Zalumi N.S., Smirnov V.V., Mamontov A.M., Anoshko P.N., Agafonnikov V.A., Astaf'ev S.E., Bondarenko V.M., Varnavskii A.V., Goncharov S.M., Granin N.G., Dzyuba E.V., Degtev A.I., Degtyarev V.A., Kucher K.M., Kotsar' O.V., Makarov M.M., Mizyurkin M.A., Nebesnykh I.N., Popov S.B., Raskin A.S., Smirnova O.G., Smolin I.A., Sokolov A.V., Sorokovikov A.V., Tesler V.D., Tyagun M.L., Tolstikova L.I., Khanaev I.V., Chenskii A.G., Sherstyankin P.P., Yakhnenko V.M., Yakup M.A., Rudstam L., Giiar Zh., Kudryavtsev V.I. Gidroakusticheskii uchet resursov baikal'skogo omulya [Hydroacoustic surveys of Baikal omul]. Novosibirsk, Nauka Publ., 2009, 244 p. (In Russian)Деникина Н.Н., Дзюба Е.В., Белькова Н.Л., Ханаев И.В., Феранчук С.И., Макаров М.М., Гранин Н.Г., Беликов С.И. Первый случай заболевания губки Lubomirskia baicalensis: исследование микробиома // Известия РАН. Серия биологическая. 2016. N 3. С. 315‐322. DOI: 10.7868/S0002332916030024Denikina N.N., Dzyuba E.V., Bel’kova N.L., Khanaev I.V., Feranchuk S.I., Makarov M.M., Granin N.G., Belikov S.I. The first case of disease of the sponge Lubomirskia baicalensis: Investigation of its microbiome. Biology Bulletin, 2016, vol. 43, no. 3, pp. 263‐270. DOI: 10.7868/S0002332916030024Ханаев И.В., Дзюба Е.В., Кравцова Л.С., Грачев М.А. Влияние массового развития зеленых нитчатых водорослей на воспроизводство желтокрылки Cottocomephorus grewingkii (Dybowski, 1874) (Cottidae) в условиях экологического кризиса озера Байкал // Доклады Академии Наук. 2016. Т. 467. N 1. С. 119‐121. DOI: 10.7868/S0869565216070306Khanaev I.V., Dzyuba E.V., Kravtsova L.S., Grachev M.A. The effect of bloom of filamentous green algae on the reproduction of yellowfin sculpin Cottocomephorus grewingkii (Dybowski, 1874) (Cottoidae) during ecological crisis in Lake Baikal. Doklady Biological Sciences, 2016, vol. 467, no. 1, pp. 63‐64. DOI: 10.7868/S0869565216070306Timoshkin O.A., Samsonov D.P., Yamamuro M., Moore M.V., Belykh O.I., Malnik V.V., Sakirko M.V., Shirokaya A.A., Bondarenko N.A., Domysheva V.M., Fedorova G.A., Kochetkov A.I., Kuzmin A.V., Lukhnev A.G., Medvezhonkova O.V., Nepokrytykh A.V., Pasynkova E.M., Poberezhnaya A.E., Potapskaya N.V., Rozhkova N.A., Sheveleva N.G., Tikhonova I.V., Timoshkina E.M., Tomberg I.V., Volkova E.A., Zaitseva E.P., Zvereva Yu.M., Kupchinsky A.B., Bukshuk N.A. Rapid ecological change in the coastal zone of Lake Baikal (East Siberia): Is the site of the world's greatest freshwater biodiversity in danger? // Journal of Great Lakes Research. 2016. N 42. P. 487‐497. DOI: 10.1016/j.jglr.2016.02.011Timoshkin O.A., Samsonov D.P., Yamamuro M., Moore M.V., Belykh O.I., Malnik V.V., Sakirko M.V., Shirokaya A.A., Bondarenko N.A., Domysheva V.M., Fedorova G.A., Kochetkov A.I., Kuzmin A.V., Lukhnev A.G., Medvezhonkova O.V., Nepokrytykh A.V., Pasynkova E.M., Poberezhnaya A.E., Potapskaya N.V., Rozhkova N.A., Sheveleva N.G., Tikhonova I.V., Timoshkina E.M., Tomberg I.V., Volkova E.A., Zaitseva E.P., Zvereva Yu.M., Kupchinsky A.B., Bukshuk N.A. Rapid ecological change in the coastal zone of Lake Baikal (East Siberia): Is the site of the world's greatest freshwater biodiversity in danger? Journal of Great Lakes Research, 2016, no. 42, pp. 487‐497. DOI: 10.1016/j.jglr.2016.02.011Timoshkin O.A., Moore M.V., Kulikova N.N., Tomberg I.V., Malnik V.V., Shimaraev M.N., Troitskaya E.S., Shirokaya A.A., Sinyukovich V.N., Zaitseva E.P., Domysheva V.M., Yamamuro M., Poberezhnaya A.E., Timoshkina E.M. Groundwater contamination by sewage causes benthic algal outbreaks in the littoral zone of Lake Baikal (East Siberia) // Journal of Great Lakes Research. 2018. V. 44. Iss. 2. P. 230‐244. DOI: 10.1016/j.jglr.2018.01.008Timoshkin O.A., Moore M.V., Kulikova N.N., Tomberg I.V., Malnik V.V., Shimaraev M.N., Troitskaya E.S., Shirokaya A.A., Sinyukovich V.N., Zaitseva E.P., Domysheva V.M., Yamamuro M., Poberezhnaya A.E., Timoshkina E.M. Groundwater contamination by sewage causes benthic algal outbreaks in the littoral zone of Lake Baikal (East Siberia). Journal of Great Lakes Research, 2018, vol. 44, iss. 2, pp. 230‐244. DOI: 10.1016/j.jglr.2018.01.008Foote K.G. Importance of the swimbladder in acoustic scattering by fish: A comparison of gadoid and mackerel target strengths // Journal of the Acoustical Society of America. 1980. V. 67. Iss. 6. P. 2084‐2089. DOI: 10.1121/1.384452Foote K.G. Importance of the swimbladder in acoustic scattering by fish: A comparison of gadoid and mackerel target strengths. Journal of the Acoustical Society of America, 1980, vol. 67, iss. 6, pp. 2084‐2089. DOI: 10.1121/1.384452Гончаров С.М., Попов С.Б., Бондаренко В.М., Мельник Н.Г., Смирнова Н.С., Ханаев И.В. Измерение силы цели байкальского омуля для повышения точности его запаса в озере Байкал // Рыбное хозяйство. 2008. N 3. С. 87‐90.Goncharov S.M., Popov S.B., Bondarenko V.M., Melnik N.G., Smirnova N.S., Khanaev I.V. Measurement of target strength of Baikal omul (Coregonus autumnalis migratorius) for increasing the accuracy of its stock assessment in Lake Baikal. Rybnoye khozyaystvo [Fisheries]. 2008, no. 3, pp. 87‐90. (In Russian)Макаров М.М., Дегтев А.И., Ханаев И.В., Кучер К.М., Смолин И.Н., Небесных И.А., Аношко П.Н., Дзюба Е.В. Экспериментальные исследования по измерению силы цели байкальского омуля на частоте 200 кГц // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2018. N 2. С. 142‐146. DOI: 10.17513/mjpfi.12124Makarov M.M., Degtev A.I., Khanaev I.V., Kucher K.M., Smolin I.N., Nebesnykh I.A., Anoshko P.N., Dzyuba E.V. Experimental studies for measuring the target strength of the baikalian omul at the frequency of 200 Khz. International Journal of Applied and Fundamental Research, 2018, no. 2, pp. 142‐146. Doi: 10.17513/mjpfi.12124Machias A., Tsimenides N. Anatomical and physiological factors affecting the swim‐bladder cross‐section of the sardine Sardina pilchardus // Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 1996. V. 53. Iss. 2. P. 280‐287. DOI: 10.1139/f95‐188Machias A., Tsimenides N. Anatomical and physiological factors affecting the swim‐bladder cross‐section of the sardine Sardina pilchardus. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 1996, vol. 53, iss. 2, pp. 280‐287. DOI: 10.1139/f95‐188Benoit‐Bird K.J., Au W.W.L., Kelley C.D. Acoustic backscattering by Hawaiian lutjanid snappers. I. Target strength and swim bladder characteristics // Journal of the Acoustical Society of America. 2003. V. 114. Iss. 5. P. 2757‐2766. DOI: 10.1121/1.1614256Benoit‐Bird K.J., Au W.W.L., Kelley C.D. Acoustic backscattering by Hawaiian lutjanid snappers. I. Target strength and swim bladder characteristics. Journal of the Acoustical Society of America, 2003, vol. 114, iss. 5, pp. 2757‐2766. DOI: 10.1121/1.1614256Knudsen F.R., Gjelland K.Ø. Hydroacoustic observations indicating swim bladder volume compensation during the diel vertical migration in coregonids (Coregonus lavaretus and Coregonus albula) // Fisheries Research. 2004. V. 66. Iss. 2‐3. P. 337‐341. DOI: 10.1016/S0165‐7836(03)00191‐7Knudsen F.R., Gjelland K.Ø. Hydroacoustic observations indicating swim bladder volume compensation during the diel vertical migration in coregonids (Coregonus lavaretus and Coregonus albula). Fisheries Research, 2004, vol. 66, iss. 2‐3, pp. 337‐341. DOI: 10.1016/S0165‐7836(03)00191‐7Furusawa M. Prolate spheroidal models for predicting general trends of fish target strength // Journal of the Acoustical Society of Japan. 1988. V. 9. Iss. 1. P. 13‐24. DOI: 10.1250/ast.9.13Furusawa M. Prolate spheroidal models for predicting general trends of fish target strength. Journal of the Acoustical Society of Japan, 1988, vol. 9, iss. 1, pp. 13‐24. DOI: 10.1250/ast.9.13Ayoubi S.E., Mamza K., Fujino T., Abe K., Amakasu K.,∙Miyashita K. Estimation of target strength of Sardina pilchardus and Sardinella aurita by theoretical approach // Fisheries Science. 2016. V. 82. P. 417‐423. DOI:1007/s12562‐016‐0986‐8Ayoubi S.E., Mamza K., Fujino T., Abe K., Amakasu K.,∙Miyashita K. Estimation of target strength of Sardina pilchardus and Sardinella aurita by theoretical approach. Fisheries Science, 2016, vol. 82, pp. 417‐423. DOI:1007/s12562‐016‐0986‐8Tomiyasu M., Kao W., Abe K., Minami K., Hirose T., Ogawa M., Miyashita K. The relationship between body angle and target strength of ribbonfish (Trichiurus japonicus) displaying a vertical swimming motion // ICES Journal of Marine Science. 2016. V. 73. Iss. 8. P. 2049‐2057. Doi: 10.1093/icesjms/fsw095Tomiyasu M., Kao W., Abe K., Minami K., Hirose T., Ogawa M., Miyashita K. The relationship between body angle and target strength of ribbonfish (Trichiurus japonicus) displaying a vertical swimming motion. ICES Journal of Marine Science, 2016, vol. 73, iss. 8, pp. 2049‐2057. Doi: 10.1093/icesjms/fsw095Кудрявцев В.И., Дегтев А.И., Соколов А.В. Об особенностях количественной оценки запасов байкальского омуля гидроакустическим методом // Рыбное хозяйство. 2005. N 3. С. 66‐69.Kudryavtsev V.I., Dyogtev A.I., Sokolov A.V. About peculiarities of quantitative assessment of Baikal omul stock by hydroacoustic method. Rybnoye khozyaystvo [Fisheries]. 2005, no. 3, pp. 66‐69. (In Russian)Mehner T. Prediction of hydroacoustic target strength of vendace (Coregonus albula) from concurrent trawl catches // Fisheries Research. 2006. V. 79. Iss. 1‐2. P. 162‐169. DOI: 10.1016/j.fishres.2006.01.014Mehner T. Prediction of hydroacoustic target strength of vendace (Coregonus albula) from concurrent trawl catches. Fisheries Research, 2006, vol. 79, iss. 1‐2, pp. 162‐169. DOI: 10.1016/j.fishres.2006.01.014Borisenko E.S., Gusar A.G., Goncharov S.M. The target strength dependence of some freshwater species on their length‐weight characteristics // Proceedings of the Institute of Acoustics. 1989. V. 11. P. 27‐34.Borisenko E.S., Gusar A.G., Goncharov S.M. The target strength dependence of some freshwater species on their length‐weight characteristics. Proceedings of the Institute of Acoustics,1989, vol. 11, pp. 27‐34.Rudstam L.G., Parker S.L., Einhouse D.W., Witzel L.D., Warner D.M., Stritzel J.L., Parrish D.L., Sullivan P.J. Application of in situ target‐strength estimations in lakes examples from rainbow smelt surveys in Lakes Erie and Champlain // ICES Journal of Marine Science. 2003. V. 60. Iss. 3. P. 500‐507. DOI: 10.1016/S1054‐3139(03)00046‐8Rudstam L.G., Parker S.L., Einhouse D.W., Witzel L.D., Warner D.M., Stritzel J.L., Parrish D.L., Sullivan P.J. Application of in situ target‐strength estimations in lakes examples from rainbow smelt surveys in Lakes Erie and Champlain. ICES Journal of Marine Science, 2003, vol. 60, iss. 3, pp. 500‐507. DOI: 10.1016/S1054‐3139(03)00046‐8Jolles J.W., Boogert N.J., Sridhar V.H., Couzin I.D., Manica A. Consistent individual differences drive collective behavior and group functioning of schooling fish // Current Biology. 2017. V. 27. Iss. 18. P. 2862‐2868. DOI: 10.1016/j.cub.2017.08.004Jolles J.W., Boogert N.J., Sridhar V.H., Couzin I.D., Manica A. Consistent individual differences drive collective behavior and group functioning of schooling fish. Current Biology, 2017, vol. 27, iss. 18, pp. 2862‐2868. DOI: 10.1016/j.cub.2017.08.004Griffiths C.A., Patterson T.A., Blanchard J.L., Righton D.A., Wright S.R., Pitchford J.W., Blackwell P.G. Scaling marine fish movement behavior from individuals to populations // Ecology and Evolution. 2018. V. 8. Iss. 14. P. 7031‐7043. DOI: 10.1002/ece3.4223Griffiths C.A., Patterson T.A., Blanchard J.L., Righton D.A., Wright S.R., Pitchford J.W., Blackwell P.G. Scaling marine fish movement behavior from individuals to populations. Ecology and Evolution, 2018, vol. 8, iss. 14, pp. 7031‐7043. DOI: 10.1002/ece3.4223Filella A., François N., Sire C., Kanso E., Eloy C. Model of collective fish behavior with hydrodynamic interactions // Physical Review Letters. 2018. V. 120. Iss. 19. P. 1‐6. DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.198101Filella A., François N., Sire C., Kanso E., Eloy C. Model of collective fish behavior with hydrodynamic interactions. Physical Review Letters, 2018, vol. 120, iss. 19, pp. 1‐6. DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.198101Wang X., Zhang J., Zhao X., Chen Z., Ying Y., Li Z., Xu D., Liu Z., Zhou M. Vertical distribution and diel migration of mesopelagic fishes on the northern slope of the South China sea // Deep‐Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 2019. V. 167. P. 128‐141. DOI: 10.1016/j.dsr2.2019.05.009Wang X., Zhang J., Zhao X., Chen Z., Ying Y., Li Z., Xu D., Liu Z., Zhou M. Vertical distribution and diel migration of mesopelagic fishes on the northern slope of the South China sea. Deep‐Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, 2019, vol. 167, pp. 128‐141. DOI: 10.1016/j.dsr2.2019.05.009Navarro‐Guillén C., Cerqueira M., Conceição Luis E.C., Yúfera M., Engrola S. Daily nutrient utilization and swimming activity patterns in Senegalese sole (Solea senegalensis) post‐larvae // Aquaculture. 2018. V. 492. P. 164‐169. DOI: 10.1016/j.aquaculture.2018.03.063Navarro‐Guillén C., Cerqueira M., Conceição Luis E.C., Yúfera M., Engrola S. Daily nutrient utilization and swimming activity patterns in Senegalese sole (Solea senegalensis) post‐larvae. Aquaculture, 2018, vol. 492, pp. 164‐169. DOI: 10.1016/j.aquaculture.2018.03.063Касумян A.O., Павлов Д.С. Эволюция стайного поведения рыб // Вопросы ихтиологии. 2018. Т. 58. N 5. С. 534‐543. DOI: 10.1134/S0042875218050119Kasumyan A.O., Pavlov D.S. Evolution of schooling behavior in fish. Journal of Ichthyology, 2018, vol. 58, no. 5, pp. 670‐678. DOI: 10.1134/S0032945218050090

The authors declare that there are no conflicts of interest present.