基于棲息地指數(shù)的西北太平洋柔魚漁獲量估算＊

陳新軍，龔彩霞，田思泉，高 峰 李 綱

（1.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海201306；2.大洋生物資源開發(fā)和利用上海市高校重點實驗室，上海201306；3.大洋漁業(yè)資源可持續(xù)開發(fā)省部共建教育部重點實驗室，上海201306）

柔魚（Ommastrephes bartramii）為大洋性魷魚類的一種，廣泛分布在整個北太平洋海域，主要被中國（包括臺灣省）、日本等國家和地區(qū)利用［1］。其中，分布在北太平洋西部海域的冬春生群是傳統(tǒng)的捕撈對象，約占近年來北太平洋柔魚總產(chǎn)量的70%～80%［2］。國內(nèi)外學(xué)者曾對柔魚的生物學(xué)［3－4］、海洋環(huán)境對其漁場分布的影響［5－6］，以 及 資 源 量 評 估［7－8］等 進 行 了 研 究。 要實現(xiàn)柔魚資源的可持續(xù)利用，需要加強其可能漁獲量的評估與預(yù)測工作的研究。由于柔魚為一年生的物種，其資源量易受海洋環(huán)境的影響［9］。同時，由于柔魚沒有剩余群體，傳統(tǒng)資源評估方法不適合于柔魚資源量和漁獲量的估算，因此需要開展其潛在漁獲量評估方法的研究。棲息地指數(shù)是表征魚類資源空間分布與海洋環(huán)境關(guān)系的重要手段，海洋環(huán)境因子合適與否直接影響到魚類空間分布及其資源密度的大小。利用棲息地指數(shù)來估算漁業(yè)資源的潛在漁獲量正成為國際上的研究熱點［10－11］。為此，本文利用棲息地適宜性指數(shù)（HSI）模型建立柔魚資源密度分布與海洋環(huán)境因子之間的關(guān)系，以及漁獲量與HSI之間的關(guān)系，從而根據(jù)某一年度海洋環(huán)境的適宜程度來估算其可能的漁獲量，為柔魚資源的可持續(xù)利用和漁情預(yù)報提供參考。

1 材料與方法

1.1 漁業(yè)數(shù)據(jù)

柔魚漁獲量數(shù)據(jù)來源于上海海洋大學(xué)魷釣技術(shù)組。時間為2003—2008年8～10月，研究海域為150°E～164°E、39°N～45°N，空間分辨率為0.5°×0.5°（作為一個漁區(qū)），時間分辨率為周（從8月份的第一天算起）。生產(chǎn)數(shù)據(jù)內(nèi)容包括作業(yè)位置（經(jīng)緯度）、作業(yè)時間、作業(yè)次數(shù)、漁獲量等。整個研究海域（150°E～164°E、39°N～45°N）共由336個漁區(qū)組成，其中捕撈區(qū)域覆蓋了171個漁區(qū)（見圖1）。本研究對漁獲量和HSI的分析是基于2003—2008年8～10月共計1 130個樣本漁區(qū)。

圖1 2003—2008年8～10月西北太平洋柔魚漁獲量分布示意圖（漁獲量單位為t）Fig.1 Catch distribution of O.bartramii in the northwest Pacific during August to October from 2003to 2008

1.2 環(huán)境數(shù)據(jù)

研究表明，表溫（SST）、海面高度（SSH）和表層水溫的水平梯度（GSST）是影響柔魚資源分布的重要環(huán)境因子［5］。為此本研究采用SST、SSH 和GSST 作為建立HSI的海洋環(huán)境因子。已有研究認為，時間分辨率為周的環(huán)境因子用來表示HSI指數(shù)是最適的［12］。SST及SSH 數(shù)據(jù)來源于美國國家航空航天局（NASA）網(wǎng)站（http：／／oceancolor.gsfc.nasa.gov，accessed March，2010），時間分辨率均為周。SST數(shù)據(jù)空間分辨率是0.1°×0.1°，SSH 數(shù)據(jù)空間分辨率為0.25°×0.25°。SST 及SSH 數(shù)據(jù)按均值法將其空間分辨率換算成0.5°×0.5°，即每25個原始SST 數(shù)據(jù)或4個原始SSH數(shù)據(jù)的平均值作為新的空間分辨率下的SST或SSH 值。GSST計算公式［5］如下：GSSTi，j＝

式中：GSSTi，j是緯度為i、經(jīng)度為j的GSST 數(shù)據(jù)；SSTi，j－0.5、SSTi，j＋0.5、SSTi＋0.5，j和SSTi－0.5，j是緯度分別為i，i，i＋0.5和i－0.5，經(jīng)度分別為j－0.5，j＋0.5，j和j的SST 數(shù)據(jù)。

1.3 模型建立

1.3.1 SI指數(shù)模型 HSI模型建立分以下3個步驟［10，13］：（1）構(gòu)建單因子適宜性指數(shù)（SI）模型；（2）給每個變量設(shè)置權(quán)重；（3）建立HSI綜合模型。商業(yè)性漁業(yè)漁民總是趨向于在有魚的地方生產(chǎn)，一旦發(fā)現(xiàn)沒魚或產(chǎn)量較低，即刻轉(zhuǎn)移生產(chǎn)地或停止生產(chǎn)，故可以用捕撈努力量，即每天的作業(yè)船次作為SI模型建立的指標(biāo)［14］。SI值從0～1，捕撈努力量最高時，SI設(shè)置為1，表示該范圍內(nèi)的環(huán)境最適宜柔魚生存；捕撈努力量為0時，SI設(shè)置為0，表示該范圍內(nèi)的環(huán)境不適宜柔魚生存［15］。根據(jù)前人的研究結(jié)果［15－16］，設(shè)定了適宜性指數(shù)等級及其所對應(yīng)的捕撈努力量（見表1）?；赟ST、SSH 和GSST 的SI值見文獻［16］。

表1 基于生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的西北太平洋柔魚適宜性指數(shù)值Table 1 The suitability index of O.bartramii in the Pacific Northwest based on the production statistics data

1.3.2 HSI模型建立 HSI模型采用賦予權(quán)重的算術(shù)平均算法（WAMM）［16］：

式中：Wsst、Wgsst和Wssh分別為SST、GSST 和SSH 的權(quán)重。據(jù)文獻［16］的研究結(jié)果，這3個因子的權(quán)重分別取0.5，0.25和0.25時最佳；SIsst、SIgsst和SIssh分別為SST、GSST和SSH 的SI值。

1.4 漁獲量估算

本文中的漁獲量是指單位時間單位空間內(nèi)，在現(xiàn)有的捕撈能力下可捕獲的產(chǎn)量，故所有估算基于以下假設(shè)：（1）柔魚群體的分布在同一單位時間段內(nèi)（本文指7d）是連續(xù)分布且不變的；（2）捕撈努力量的分布與歷史同一時期相似；（3）所采樣本漁獲量的分布代表了該區(qū)域該時間段內(nèi)所能捕撈到的漁獲量。

估算原理：HSI是基于捕撈努力量與海洋環(huán)境因子之間的關(guān)系建立的，HSI高的地方資源量高，低的地方資源量低。單位時間和空間內(nèi)漁獲量也受到捕撈努力量與環(huán)境因子的影響，因此漁獲量與HSI之間必然存在某種正相關(guān)關(guān)系。為此，采用以下方程進行擬合：

式中：Y為漁獲量；X為HSI；a和b為估計的參數(shù)。

2 結(jié)果

2.1 周漁獲量與HSI關(guān)系分析

由圖2可知，在同一HSI下，其周漁獲量有所不同，即HSI高的海域其漁獲量并不一定高，但周漁獲量基本分布在Y＝2 000 HSI這一直線的下方。

圖2 西北太平洋柔魚各實際周漁獲量與HSI之間的關(guān)系Fig.2 The reationship between the weekly actual catch and HSI

2.2 周平均漁獲量與HSI的模型擬合

計算采樣漁區(qū)不同HSI下的周漁獲量，并按公式（3～6）建立周漁獲量與HSI之間的關(guān)系，擬合方程參數(shù)如表2所示。研究發(fā)現(xiàn)，線性方程中參數(shù)a并未通過檢驗（P＝0.997），其他方程中的各參數(shù)均通過統(tǒng)計檢驗（P＜0.05）。分析還發(fā)現(xiàn)，周漁獲量與HSI之間的關(guān)系是顯著的（P＜0.05），其中指數(shù)方程擬合效果為 最佳，決定系數(shù)R2達0.83（見表2）。

表2 西北太平洋柔魚周漁獲量與HSI之間擬合方程的參數(shù)Table 2 The parameters of estimated model for the relationship between average weekly catch and HSI

2.3 漁獲量估算

利用2007—2008年8～10月作業(yè)海域（150°E～164°E、39°N～45°N）的SST、GSST 和SSH 等環(huán)境數(shù)據(jù)，計算各漁區(qū)的HSI，然后利用上述建立的指數(shù)模型，計算2007－2008年各漁區(qū)1～13周可能的漁獲量，以此累加2007－2008年8～10月各年的漁獲量，并與采樣海域?qū)嶋H值進行對比（見表3）。分析發(fā)現(xiàn)，2007與2008年預(yù)測值與實際值幾乎一致，平均相對誤差為2.4%。

表3 2007—2008年作業(yè)海域西北太平洋柔魚可能漁獲量的估算值與實際漁獲量比較Table 3 Comparison between the estimated catch and actual catch during 2007—2008

3 討論與分析

由于海洋環(huán)境的年間變動，柔魚作業(yè)漁區(qū)每年不同時期都會有適當(dāng)?shù)淖兓?，這也是商業(yè)性漁業(yè)作業(yè)的特點［1，9］。2003－2008年8～10月在作業(yè)海域（150°E～164°E、39°N～45°N）共有171個漁區(qū)（見圖1），但每年魷釣船進行作業(yè)的漁區(qū)較少，周作業(yè)海區(qū)則更少，這說明柔魚作業(yè)漁場分布是相對集中的，在作業(yè)漁區(qū)之外的海域也有可能存在資源較豐富的漁場。因此，本研究利用漁業(yè)海洋學(xué)的理論建立了HSI模型，以此可以推測出未作業(yè)漁區(qū)的HSI分布情況，即其資源分布密度，然后假設(shè)在同樣的捕撈努力量情況下，可以折算為各漁區(qū)的平均潛在漁獲量。這一方法實現(xiàn)了從海洋環(huán)境條件（如SST、GSST和SSH）到HSI分布以及到資源時空分布和資源狀況評估的可能，這也是近年來漁業(yè)資源學(xué)科一個新的發(fā)展趨勢［11］。

通常，HSI模型的開發(fā)者及應(yīng)用者均假設(shè)高質(zhì)量棲息地能得到較高的HSI值，低質(zhì)量棲息地能得到較低的HSI值［17－19］。但從圖2可知具有較高的HSI的作業(yè)海區(qū)也可能獲得較低的產(chǎn)量，或較低HSI的作業(yè)海區(qū)也可能獲得較高的產(chǎn)量。這一現(xiàn)象說明了商業(yè)性漁業(yè)捕撈作業(yè)的特點，每艘船只要能保證自身有一定的經(jīng)濟利益，就會集中在某些海域作業(yè)，雖然這些海區(qū)HSI較低，但漁船較集中，總產(chǎn)量還是會比較高。而某些海區(qū)雖然HSI較高，但如果該海域總作業(yè)船數(shù)較少，那么總的漁獲量仍較低，這一現(xiàn)象在其他商業(yè)性漁業(yè)中也經(jīng)常出現(xiàn)［20］。從另一方面，采集數(shù)據(jù)的不夠全面可能也影響到研究結(jié)果，因為在商業(yè)化漁業(yè)中，漁船通常是比較集中的。但從整體來看，周漁獲量基本分布在Y＝2 000 HSI這條直線的下方，這一關(guān)系式表明了不同海區(qū)的最大潛在可能的漁獲量與HSI之間的正相關(guān)關(guān)系。

周平均漁獲量與HSI之間的關(guān)系表明，線性方程參數(shù)a并未通過檢驗，從參數(shù)a的95%置信區(qū)間可知，a取值可能為0，即HSI＝0時，周平均漁獲量也為0，這并不違背本文假設(shè)。為此，作者將參數(shù)a去掉之后再做關(guān)系式擬合，可得關(guān)系式為Y＝175.74 HSI（p＝0.000，R2＝0.77），盡管這一方程在統(tǒng)計上是顯著的，但其相關(guān)系數(shù)并未得到明顯的提高，仍低于指數(shù)方程的相關(guān)系數(shù)（見表2）。

盡管指數(shù)方程擬合結(jié)果最佳，但當(dāng)HSI較低（0～0.1）或較高（0.9～1）時，其實際漁獲量的范圍及其標(biāo)準(zhǔn)差較大（見圖3），在使用該模型預(yù)測時應(yīng)謹(jǐn)慎。這可能是由于HSI計算結(jié)果大部分集中在0.3～0.9之間，0～0.1之間僅包含2個樣本漁區(qū)，0.9～1之間樣本漁區(qū)也較少，而0.3～0.9之間樣本均超過100個。這一結(jié)果與Brooks等人的研究結(jié)果相同［21］。根據(jù)其指數(shù)模型，作者在預(yù)測HSI為0.9～1時的漁獲量時，其理論值要小于實際值，模型所作的預(yù)測結(jié)果可能較為保守（見圖3）。

圖3 周漁獲量與HSI之間的指數(shù)關(guān)系（誤差線用標(biāo)準(zhǔn)誤表示）Fig.3 The relationship between average weekly catch and HSI （The vertical line represents the SD）

本文根據(jù)2003—2008年8～10月周漁獲數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)對傳統(tǒng)作業(yè)海域柔魚可能的漁獲量做了初步的估算，獲得一些較為重要的研究結(jié)果，可為實際捕撈作業(yè)及漁情預(yù)報提供更多的信息。但本文的預(yù)測模型仍然存在一些問題，如商業(yè)性漁業(yè)數(shù)據(jù)分布集中，HSI較低（0～0.1）或較高（0.9～1）時的漁獲量估算差異較大等，有待進一步對模型進行合理適當(dāng)?shù)男拚?，以便做出更科學(xué)、可靠的預(yù)測與估算。

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