東黃海小黃魚秋季索餌環(huán)境棲息指數(shù)的研究

陳紅波,李繼龍,楊文波,李東穎,王繼隆

(1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院資源與環(huán)境研究中心遙感與地理信息系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100141;2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所,黑龍江哈爾濱150070;3.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院,上海201306)

東黃海小黃魚秋季索餌環(huán)境棲息指數(shù)的研究

陳紅波1、3,李繼龍1,楊文波1,李東穎1、3,王繼隆2

(1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院資源與環(huán)境研究中心遙感與地理信息系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100141;2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所,黑龍江哈爾濱150070;3.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院,上海201306)

通過獲取的Modis和SeaWiFS遙感數(shù)據(jù),包括2001、2002、2004、2005年東黃海秋季海表水溫和葉綠素?cái)?shù)據(jù),運(yùn)用分位數(shù)回歸方法對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)和小黃魚Larimichthys polyactis的單位捕撈努力量漁獲量(CPUE)進(jìn)行分析,得出小黃魚最佳棲息地指數(shù)(HSI)模型。利用Surfer軟件繪制小黃魚不同年份秋季HSI的分布,得出32°N～33°N、122°30′～123°30′E海域范圍內(nèi)小黃魚的HSI值較高(HSI＞0.5),比較適合小黃魚索餌棲息,而在30°N以南、125°E以東海域HSI指數(shù)值較低(HSI＜0.5),不太適合其索餌棲息。

小黃魚;東黃海;索餌洄游;棲息地指數(shù)

小黃魚Larimichthys polyactis屬暖溫性、底層洄游性魚類,廣泛分布于渤海、黃海和東海以及朝鮮半島西岸海域,主要分布在28°00′N以北、125° 30′E以西,水深不超過100 m的海區(qū)[1-5]。小黃魚是一種洄游性魚類,一年四季在產(chǎn)卵場、索餌場和越冬場之間有節(jié)律地做季節(jié)性洄游。東海北部和黃海南部地處臺(tái)灣暖流、對(duì)馬暖流、蘇北沿岸流、長江沖淡水以及黃海冷水團(tuán)的綜合作用區(qū)域,基礎(chǔ)餌料豐富[6],是秋季小黃魚的主要索餌場[7]。

國內(nèi)外很多學(xué)者利用棲息地指數(shù)模型(HSI)對(duì)大洋性的金槍魚類進(jìn)行了相關(guān)研究[8-13]。馮波等[11]和陳新軍等[12]分別應(yīng)用單變量分位數(shù)回歸和傳統(tǒng)棲息地指數(shù)建模方法,分析了印度洋大眼金槍魚的棲息地適宜度,并比較了傳統(tǒng)建模方法的預(yù)測效果。王家樵等[13]利用分位數(shù)回歸對(duì)印度洋大眼金槍魚單位捕撈努力量漁獲量(CPUE)與各環(huán)境要素進(jìn)行了分析,得出了不同環(huán)境要素下大眼金槍魚的HSI空間分布。但是把棲息地指數(shù)模型應(yīng)用到中國近海魚類的研究較少。分位數(shù)回歸是基于最小絕對(duì)值偏差(LAD)的原理對(duì)方程進(jìn)行擬合,分位數(shù)Q∈[0,1]。用回歸變量估計(jì)響應(yīng)變量的不同分位數(shù),可以得出一系列的回歸線或者回歸平面,它能在一定程度上代表所有數(shù)據(jù)的信息,但更側(cè)重于特定區(qū)域的數(shù)據(jù)[14]。而傳統(tǒng)的最小二乘法(OLS)只能得出一條回歸曲線,代表自變量和因變量之間的一般關(guān)系。Eastwood等[15]在研究鰨科魚類與環(huán)境之間的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn),使用最小二乘法結(jié)果顯示數(shù)據(jù)之間沒有相關(guān)性,而使用分位數(shù)回歸可以發(fā)現(xiàn)它們之間的關(guān)系。因此,用普通最小二乘法回歸只能描述自變量對(duì)于因變量的局部變化,而用分位數(shù)回歸更能精確地描述自變量對(duì)于因變量的變化范圍以及條件分布形狀的影響[16],更適合用來分析魚類棲息地分布和多個(gè)環(huán)境因子之間的關(guān)系。本研究中,作者根據(jù)獲取的東黃海海表水溫和葉綠素的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),利用分位數(shù)回歸對(duì)東黃海小黃魚索餌期間的捕撈產(chǎn)量進(jìn)行棲息地指數(shù)模型分析,探討其索餌洄游分布與環(huán)境要素之間的關(guān)系,為小黃魚的分布預(yù)測和洄游模型的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

環(huán)境數(shù)據(jù)來自美國NASA的DAAC數(shù)據(jù)中心和中國水產(chǎn)科學(xué)研究院遙感與地理信息系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的Aqua衛(wèi)星的Modis遙感數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)。小黃魚漁業(yè)數(shù)據(jù)引自東黃海漁業(yè)資源調(diào)查和監(jiān)測[1-5],時(shí)間段為2001、2002、2004、2005年每年秋季。

1.2 數(shù)據(jù)處理

1.2.1 數(shù)據(jù)獲取 用SeaDAS 6.0海洋遙感處理軟件、ENVI和Hdfview軟件提取海洋水溫和葉綠素?cái)?shù)據(jù)。衛(wèi)星圖像的產(chǎn)品都是以hdf格式存儲(chǔ)的,通過ENVI和Hdfview軟件可以提取hdf格式保存Avhrr水溫和SeaWiFS葉綠素?cái)?shù)據(jù),水溫的分辨率為4 km,葉綠素的分辨率為4 km或9 km。由于漁業(yè)數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)的時(shí)間與空間分辨率不同,本研究中根據(jù)漁業(yè)數(shù)據(jù)的調(diào)查時(shí)間獲取相應(yīng)月份的遙感圖像文件,再根據(jù)調(diào)查位置,通過距離平方倒數(shù)加權(quán)的方法進(jìn)行內(nèi)插,得到該位置的遙感要素值[17]。

1.2.2 HSI模型分析及HSI等值線的繪制 分位數(shù)回歸模型采用美國地理調(diào)查局(USGS)開發(fā)的Blossom統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件,該軟件中提供的最小絕對(duì)值偏差(LAD)和分位數(shù)回歸(QR)可以計(jì)算最優(yōu)HSI模型。利用Surfer 8.0軟件對(duì)東黃海的小黃魚索餌期間的HSI分布通過克里格插值方式進(jìn)行空間顯示。

1.2.3 用分位數(shù)回歸法建立HSI模型 根據(jù)Gillis等[18]的研究,把CPUE作為資源豐度指數(shù)來建立HSI模型。本研究中通過提取影響小黃魚秋季索餌分布的水溫和葉綠素這兩個(gè)環(huán)境因子,利用分位數(shù)回歸方法擬合小黃魚的CPUE和水溫、葉綠素及它們的交互作用項(xiàng)數(shù)據(jù),得出CPUE的預(yù)測模型,并建立HSI模型。HSI的值在0～1變化,并把區(qū)間分為0～0.25、0.25～0.5、0.5～0.75、0.75～1.0,4個(gè)區(qū)間分別表示合適、比較合適、不太合適和不合適[13]。

式中:CPUEij為經(jīng)度i、緯度j上的漁獲率;Cij為漁獲量;H為拖網(wǎng)時(shí)間;LXSij為水溫Tij、葉綠素Chlij的交互作用項(xiàng)Tij×Chlij;CPUE′ij是基于Tij、Chlij和LXSij3個(gè)自變量的HSI模型方程的因變量,即預(yù)測漁獲率值;a、b、c為自變量系數(shù),d為常量;HSIij為標(biāo)準(zhǔn)化之后經(jīng)度i、緯度j上的棲息地指數(shù);CPUE′ijmax、CPUE′ijmin分別為預(yù)測漁獲率的最大值和最小值。

模型中選取0.01和0.05、0.10、0.15～0.90、0.95共20個(gè)分位數(shù)對(duì)HSI模型進(jìn)行計(jì)算,用秩檢驗(yàn)對(duì)不同自變量分別進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),依據(jù)自變量P值和分位數(shù)Q值得出最優(yōu)HSI模型方程。

2 結(jié)果

2.1 HSI模型擬合結(jié)果

利用分位數(shù)回歸對(duì)4年的CPUE′和環(huán)境要素進(jìn)行分析,得出HSI模型擬合參數(shù),即分位數(shù)Q為0.95時(shí),系數(shù)a、b、c、d分別為23.59(P＜0.01)、280.27、-9.16、-549.50。根據(jù)求得參數(shù),得出HSI模型擬合方程為

CPUE′=23.59T+280.27Chl-9.16LXS-549.50。

由此可以得出,小黃魚HSI模型在Q=0.95時(shí)擬合程度最好,CPUE′與水溫關(guān)系極顯著,CPUE′與水溫呈現(xiàn)強(qiáng)正相關(guān)性,CPUE′與葉綠素呈現(xiàn)正相關(guān)性,與交互作用項(xiàng)呈負(fù)相關(guān)性。

2.2 HSI指數(shù)分布

由圖1可以看出,2001—2002年小黃魚HSI指數(shù)值相對(duì)較高的區(qū)域(HSI＞0.5)主要分布在長江口漁場與大沙漁場內(nèi),在32°N～33°N、122°30′E°～123°30′°E海域范圍內(nèi)HSI＞0.75,適合小黃魚索餌棲息,這兩年的HSI指數(shù)最高值點(diǎn)分別位于32°30′N、122°30′E和33°N、122°30′E。2004年的小黃魚HSI值相對(duì)較高區(qū)域出現(xiàn)在大沙漁場與舟山漁場內(nèi),32°30′N、122°30′E和30°30′N、123°30′E這兩個(gè)位置的附近海域HSI＞0.75,適合小黃魚秋季索餌棲息。2005年的小黃魚HSI指數(shù)值相對(duì)較高區(qū)域(HSI＞0.5)分布在大沙漁場內(nèi)(32°N～32°30′N,122°30′E～123°E),該海域比較適合小黃魚索餌棲息。2005年HSI指數(shù)最高值點(diǎn)位于32° 30′N、123°E。

3 討論

3.1 模型中CPUE與水溫、葉綠素的相關(guān)關(guān)系

水溫是影響魚類活動(dòng)的重要環(huán)境因素,對(duì)魚類的產(chǎn)卵、索餌、越冬以及生長等產(chǎn)生影響。葉綠素作為海洋的另一基本環(huán)境因素,對(duì)魚類的集群和洄游產(chǎn)生重要影響,尤其是處于索餌階段的魚群,水溫的變化直接或者間接地影響到浮游植物與浮游動(dòng)物的變動(dòng),從而影響到魚類的洄游分布。李建生等[19]對(duì)2003—2006年東海小黃魚秋季索餌分布進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn),小黃魚主要出現(xiàn)在暖水控制區(qū)或暖水區(qū)的邊緣水域,說明在小黃魚的適溫范圍內(nèi),其CPUE與水溫呈正相關(guān)。Dagg[20]研究證實(shí),無論是大型還是小型浮游動(dòng)物對(duì)浮游植物都構(gòu)成捕食和被捕食的關(guān)系。在浮游植物較多的水域,浮游動(dòng)物餌料相對(duì)豐富,這就為浮游動(dòng)物種群生長創(chuàng)造了重要的條件,形成了浮游動(dòng)物豐度較高的水域。李建生等[21]對(duì)東黃海小黃魚秋季數(shù)量分布與浮游動(dòng)物的關(guān)系研究時(shí)發(fā)現(xiàn),小黃魚的最高生物量分布區(qū)出現(xiàn)在大沙和沙外漁場的交界處,該海域及其邊緣海域正好是浮游動(dòng)物外海高密度中心。因此,葉綠素濃度的分布和小黃魚洄游的分布有著密切關(guān)系。葉綠素濃度分布狀況間接地反映了餌料生物的分布,葉綠素濃度相對(duì)較高的海域,小黃魚聚集程度高,呈現(xiàn)正相關(guān)性。通過分位數(shù)回歸方法建立了小黃魚CPUE與水溫、葉綠素以及它們相互作用的模型方程,發(fā)現(xiàn)僅考慮水溫和葉綠素環(huán)境條件下,它們都與CPUE呈正相關(guān)性。也就是說,在適合小黃魚索餌的棲息環(huán)境內(nèi),魚群主要棲息在暖水控制區(qū)和葉綠素濃度相對(duì)較高的區(qū)域,但如果超出這個(gè)適宜范圍,可能會(huì)出現(xiàn)相反的情況。

圖1 不同年份的小黃魚秋季索餌群體HSI指數(shù)分布Fig.1 HSI of feeding migration stock in different years

3.2 HSI指數(shù)分布特征

小黃魚在32°N～33°N、122°30′～123°30′E海域范圍內(nèi)的HSI指數(shù)值相對(duì)較高,比較適合其秋季索餌,這與長江口漁場、大沙漁場較好的環(huán)境條件密不可分。首先是該海域的水溫條件適合小黃魚集群索餌,且該海域有豐富的餌料環(huán)境,這也是適合小黃魚索餌棲息的主要原因。但是,2004年秋季小黃魚在30°30′N、123°30′E海域附近HSI指數(shù)值較高(HSI＞0.5),且這片海域的葉綠素濃度較高,水溫也較適宜。這表明小黃魚除了有相對(duì)穩(wěn)定的索餌場之外,一旦水溫與葉綠素等環(huán)境因子適合其生存時(shí),也會(huì)成為它洄游聚集的區(qū)域。另外,小黃魚在HSI指數(shù)相對(duì)較低(HSI＜0.5)的舟外、魚外與溫外漁場分布較少。其主要原因可能是海水溫度較高,超出了小黃魚索餌洄游的適應(yīng)能力。整體看來,4年中HSI高值區(qū)域基本都在32°N～33°N、122°30′E～123°30′E海域范圍內(nèi),可以看出這片海域是最適合小黃魚秋季索餌的棲息地。以這片海域?yàn)镠SI指數(shù)高值中心向四周遞減,且30°N以南、125°E以東海域HSI指數(shù)值很低(HSI＜0.5),小黃魚僅有少量分布,這與對(duì)東黃海區(qū)小黃魚漁業(yè)資源的調(diào)查結(jié)果一致[2]。

3.3 不足及建議

HSI指數(shù)模型從一定程度上反映了魚類洄游分布現(xiàn)有的狀況,可以用來分析魚類與環(huán)境因子之間的關(guān)系,并進(jìn)行漁情預(yù)報(bào),但HSI不能用來表示資源的豐度[12]。因?yàn)镠SI指數(shù)模型中僅考慮了水溫、葉綠素及其交互作用的關(guān)系,所以模型本身具有一定的缺陷。該模型中有待加入更多物理、化學(xué)及氣候因素,如鹽度、水團(tuán)、溶解氧、降水和氣溫等,并結(jié)合完整的商業(yè)數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析,以便能更精確地解釋小黃魚索餌分布狀況。

本研究中所采用的環(huán)境數(shù)據(jù)全部是衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)更新且覆蓋海域范圍廣的特點(diǎn),運(yùn)用遙感數(shù)據(jù)對(duì)魚類資源動(dòng)態(tài)進(jìn)行分析時(shí),將環(huán)境數(shù)據(jù)和魚類資源分布數(shù)據(jù)結(jié)合起來,可以及時(shí)掌握魚類資源的動(dòng)態(tài)分布,對(duì)資源探捕和調(diào)查都具有很重要的意義。

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The habitat suitability index of feeding migration stock of small yellow croaker Pseudosciaena polyactis in the East Sea and the Yellow Sea

CHEN Hong-bo1,3,LI Ji-long1,YANG Wen-bo1,LI Dong-ying1,3,WANG Ji-long2
(1.Research Center of Resources and Eco-environment,Key Lab of Remote Sensing and Geographical Information System Techniques,Chinese A-cademy of Fishery Sciences,Beijing 100141,China;2.Heilongjiang River Fisheries Research Institute,Chinese Academy of Fishery Sciences,Harbin 150070,China;3.College of Marine Science and Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China)

In this paper,the distribution of sea surface temperature(SST)and chlorophyll concentration were obtained from Modis and SeaWiFS data in the East Sea and the Yellow Sea in 2001,2002,2004,and 2005.These environmental factors and catch per unit effort(CPUE)of small yellow croaker(Pseudosciaena polyactis)were estimated by quantity regression,and then the habitat suitability index(HSI)model was used to analyze the predicted data of small yellow croaker.The results showed that the distribution of feeding migration of small yellow croaker was found.The HSI maps of small yellow croaker were drawn by Surfer software,and showed that the HSI value in the region of 32°N-33°N,122°30′-123°30′E were higher than in other regions,so the region probably was the more suitable habitat of the feeding migration stock.However,HSI value in south of 30°N and east of 125°E were lower than in other regions,indicating that these regions were not suitable for feeding migration stock.

small yellow croaker;the East Sea and the Yellow Sea;feeding migration;HSI

S931

A

2095-1388(2011)04-0348-04

2010-11-02

國家“863”計(jì)劃項(xiàng)目(2009AA09Z401);中國水產(chǎn)科學(xué)研究院院本級(jí)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2009C011)

陳紅波(1985-),男,碩士研究生。E-mail:0hbchen0@163.com

李繼龍,男,研究員。E-mail:lijilong@cafs.ac.cn