水溫變化對(duì)秘魯外海莖柔魚(yú)棲息地的影響

李 莉,呂 翔,張 碩,焦 敏,張 妙,陳新軍

(上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院,上海201306)

水溫變化對(duì)秘魯外海莖柔魚(yú)棲息地的影響

李 莉,呂 翔,張 碩,焦 敏,張 妙,陳新軍

(上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院,上海201306)

為獲取秘魯外海莖柔魚(yú)Dosidicus gigas棲息地的適宜溫度指標(biāo),預(yù)測(cè)水溫變化對(duì)莖柔魚(yú)棲息地的影響,根據(jù)2006—2011年中國(guó)魷釣船在秘魯外海的莖柔魚(yú)生產(chǎn)數(shù)據(jù),并結(jié)合實(shí)測(cè)和通過(guò)衛(wèi)星遙感技術(shù)獲得的該海域海表溫度數(shù)據(jù),在作業(yè)次數(shù)和單位捕撈努力量漁獲量(CPUE)基礎(chǔ)上,采用海表溫度適應(yīng)性指數(shù)(Suitability index,SI)模型預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了相關(guān)研究。結(jié)果表明:隨著水溫的升高,莖柔魚(yú)棲息地經(jīng)向自西向東轉(zhuǎn)移,緯向自北向南轉(zhuǎn)移;產(chǎn)量較高的月份為7—12月,選取最佳適宜溫度指標(biāo)為19℃;發(fā)生厄爾尼諾現(xiàn)象時(shí)莖柔魚(yú)產(chǎn)量下降,發(fā)生拉尼娜現(xiàn)象時(shí)產(chǎn)量則增加。

莖柔魚(yú);海表溫度;棲息地;秘魯外海

莖柔魚(yú)Dosidicus gigas又稱(chēng)美洲大柔魚(yú)[1],分布于中部太平洋以東的海域,即125°W以東的加利福尼亞半島至智利一帶外海水域,是秘魯外海主要的經(jīng)濟(jì)捕撈種類(lèi),且資源豐富[2-4]。秘魯外海的莖柔魚(yú)漁業(yè)于20世紀(jì)90年代初被大規(guī)模開(kāi)發(fā)[5],中國(guó)漁船于2001年進(jìn)入該海域進(jìn)行生產(chǎn)[6],莖柔魚(yú)至今仍是中國(guó)魷釣漁船的重要捕撈對(duì)象之一。2013年在該海域生產(chǎn)的中國(guó)魷釣船數(shù)達(dá)到200余艘,漁獲總產(chǎn)量超過(guò)22萬(wàn)t,為中國(guó)漁船在該海域歷史上的第二高產(chǎn)量。

像絕大多數(shù)短生命周期的其他柔魚(yú)類(lèi)一樣,周?chē)h(huán)境的異常變化對(duì)其資源量和時(shí)空變化有較大影響[7]。國(guó)內(nèi)外許多研究者均對(duì)秘魯外海莖柔魚(yú)的生物學(xué)特征、漁場(chǎng)分布變化,以及資源量與海洋環(huán)境的關(guān)系等方面進(jìn)行了大量的研究[8-14]。其中, Ichii等[15]、Anderson等[16]、陳新軍等[17]對(duì)莖柔魚(yú)資源量受海洋環(huán)境諸因素變化的影響進(jìn)行了深入研究;有學(xué)者認(rèn)為,莖柔魚(yú)資源量和漁場(chǎng)變化與海洋表溫(sea surface temperature,SST)密切相關(guān),并且指出秘魯外海莖柔魚(yú)的最適生長(zhǎng)溫度為17～23℃[18]。厄爾尼諾(El Ni?o)和拉尼娜(La Ni?a)現(xiàn)象也會(huì)使其資源和漁場(chǎng)發(fā)生波動(dòng),其中El Ni?o現(xiàn)象將會(huì)導(dǎo)致莖柔魚(yú)資源量減少和漁獲產(chǎn)量下降[19]。本研究中,根據(jù)2006—2011年中國(guó)魷釣船在秘魯外海的漁撈記錄,使用環(huán)境變化異常的年份漁場(chǎng)分布情況進(jìn)行驗(yàn)證,對(duì)秘魯外海莖柔魚(yú)漁場(chǎng)分布與海洋表溫的關(guān)系進(jìn)行了分析,旨在對(duì)秘魯外海漁場(chǎng)分布進(jìn)行預(yù)測(cè),為莖柔魚(yú)漁情預(yù)報(bào)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 漁獲數(shù)據(jù) 本研究中漁獲數(shù)據(jù)來(lái)自上海海洋大學(xué)魷釣技術(shù)組統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),時(shí)間為2006—2011年。數(shù)據(jù)包括日期、經(jīng)度、緯度、日產(chǎn)量、網(wǎng)次等,作業(yè)范圍為70°～90°W和8°～20°S。漁獲數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)間以月為間隔,并以0.25°×0.25°表示1個(gè)漁區(qū),作業(yè)次數(shù)和產(chǎn)量等均為此漁區(qū)內(nèi)漁獲統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

1.1.2 環(huán)境數(shù)據(jù) 環(huán)境數(shù)據(jù)主要是SST,包括實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于上海海洋大學(xué)魷釣技術(shù)組,用于尋找漁場(chǎng)適宜的水溫指標(biāo)。衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)來(lái)自O(shè)cean color網(wǎng)站(http:// oceandata.sci.gsfc.nasa.gov/MODISA/Mapped/Monthly/4km/SST/),用于分析漁場(chǎng)分布情況。ENSO指標(biāo)擬用Ni?o 3.4區(qū)海表溫距平值(Sea surface temperature anormaly,SSTA)表示,數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)哥倫比亞大學(xué)環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)(http://iridl.ldeo.columbia.edu/SOURCES/.Indices/)。

1.2 方法

1.2.1 El Ni?o/La Ni?a事件定義 根據(jù)美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)定義:El Ni?o事件為Ni?o 3.4區(qū)SSTA連續(xù)3個(gè)月滑動(dòng)平均值超過(guò)0.5℃;而La Ni?a事件則為SSAT連續(xù)3個(gè)月低于-0.5℃[13]。本研究中以此定義2006—2011年發(fā)生的異常環(huán)境事件。

1.2.2 產(chǎn)量和單位捕撈努力量漁獲量(CPUE)的時(shí)空分布 統(tǒng)計(jì)2006—2011年0.25°×0.25°漁區(qū)內(nèi)的產(chǎn)量和作業(yè)次數(shù),并以此計(jì)算獲得單船平均月產(chǎn)量,計(jì)算公式為

其中:CPUEi代表漁區(qū)i的莖柔魚(yú)資源相對(duì)豐度(t/haul);catchi為漁區(qū)i的總產(chǎn)量(t);Neti為漁區(qū)i的作業(yè)次數(shù)(haul)。

由于作業(yè)漁船多為8154型拖網(wǎng)船改裝而成,作業(yè)時(shí)間均在晚上,集魚(yú)燈總功率保持恒定(120 kW),因此,可將CPUE作為資源豐度指標(biāo)。通過(guò)分析各月產(chǎn)量和CPUE的變化情況,研究各月捕撈作業(yè)高產(chǎn)中心位置的空間變化情況。

1.2.3 尋找漁場(chǎng)適宜的水溫指標(biāo) 作業(yè)漁船的作業(yè)次數(shù)反映了魚(yú)類(lèi)的水溫棲息喜好或捕撈幾率大小的分布[20],同時(shí)CPUE通?？勺鳛槿狒~(yú)資源豐度指標(biāo),因而可將作業(yè)次數(shù)(或CPUE)用于表示莖柔魚(yú)中心漁場(chǎng)的分布。首先,假定最高作業(yè)次數(shù)(或CPUE)為莖柔魚(yú)資源豐度較高海域,其棲息地指數(shù)(Habitat suitability index,HIS)為1;作業(yè)次數(shù)(或CPUE)為0時(shí),認(rèn)為是莖柔魚(yú)資源豐度較低海域,并指定其棲息地指數(shù)HIS為0[21]。以SST為環(huán)境變量,統(tǒng)計(jì)2006—2011年1—12月0.25°×0.25°漁區(qū)內(nèi)產(chǎn)量和作業(yè)次數(shù),分析SST和適應(yīng)性指數(shù)(Suitability index,SI)之間關(guān)系,獲得漁場(chǎng)適宜溫度指標(biāo),并利用下列公式計(jì)算SI[11]:

其中:SINj和SICj分別為以作業(yè)次數(shù)和CPUE為基礎(chǔ)的適應(yīng)性指數(shù);Netj和CPUEj分別為j漁區(qū)的作業(yè)次數(shù)和CPUE值;Netmax、CPUEmax、Netmin和CPUEmin分別為各漁區(qū)中最高和最低作業(yè)次數(shù)和CPUE值。

1.2.4 莖柔魚(yú)漁場(chǎng)的分布情況 對(duì)2006—2011年各月月均SST衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,用Matlab軟件繪制各月CPUE和SST的空間分布圖,驗(yàn)證最適宜溫度指標(biāo)與CPUE的分布擬合情況,用SST中最適宜溫度數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)漁場(chǎng)的分布情況,并用CPUE值進(jìn)行疊加分析驗(yàn)證。

1.2.5 氣候變化對(duì)漁場(chǎng)分布的影響預(yù)測(cè) 莖柔魚(yú)資源受El Ni?o和La Ni?a現(xiàn)象影響的原因,在一定程度上在于El Ni?o和La Ni?a現(xiàn)象對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力和次級(jí)生產(chǎn)力產(chǎn)生重要影響,而莖柔魚(yú)資源空間分布又與初級(jí)和次級(jí)生產(chǎn)力密切相關(guān)[22-24]。根據(jù)El Ni?o和La Ni?a事件的定義,本研究中分析了SST下降或提高0.5～1.0℃時(shí),水溫變化對(duì)漁場(chǎng)分布的影響。

1.3 數(shù)據(jù)處理

統(tǒng)計(jì)2006—2011年El Ni?o和La Ni?a事件異常月份的0.25°×0.25°漁區(qū)內(nèi)產(chǎn)量和作業(yè)次數(shù),繪制預(yù)測(cè)漁場(chǎng)與CPUE的空間分布圖,進(jìn)行驗(yàn)證并分析異常環(huán)境條件下漁場(chǎng)分布情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 El Ni?o和La Ni?a事件的定義

在2006年1月—2011年12月間共發(fā)生El Ni?o事件2次,分別為2006年8月—2007年1月和2009年6月—2010年4月;發(fā)生La Ni?a事件5次,分別為2006年1月—2006年3月、2007年8月—2008年5月、2008年12月—2009年2月、2010年6月—2011年4月和2011年8月—2011年12月(圖1)。

圖1 2006—2011年Ni?o 3.4區(qū)SSTA時(shí)間序列分布圖Fig.1 Time series distribution of SSTA in the area Ni?o 3.4 from 2006 to 2011

2.2 產(chǎn)量和CPUE的時(shí)空分布

時(shí)間分布統(tǒng)計(jì)分析如圖2所示。從圖2可見(jiàn):產(chǎn)量較高的月份為7—12月,其累計(jì)產(chǎn)量為16175t,約占全年產(chǎn)量的63％;從CPUE分析,12月份CPUE值最高(6.42 t/haul),其次為10月份(5.68 t/haul)、1月份(5.37 t/haul),4月份最低(3.07 t/haul)。

圖2 2006—2011年平均各月莖柔魚(yú)漁獲量和CPUE分布變化Fig.2 M onthly profile of catch and CPUE of Jumbo flying squidDosidicus gigasfrom 2006 to 2011

空間分布統(tǒng)計(jì)分析如圖3所示。從圖3可見(jiàn), CPUE分布呈明顯的空間變化,7—12月的CPUE在經(jīng)度上呈自西向東轉(zhuǎn)移的走勢(shì),其中CPUE較高值主要集中于81～84°W和16～19°S,該區(qū)域的CPUE平均值大于6 t/haul。

注:?代表月份;——表示CPUE月變化Note:?meansmonth;——meansmonth change in CPUE圖3 2006—2011年秘魯外海莖柔魚(yú)CPUE月平均值的空間分布Fig.3 Spatial profile of m onthly average value of the CPUE of Jumbo flying squidDosidicus gigasfrom 2006 to 2011

2.3 最適宜溫度指標(biāo)

根據(jù)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)分析2006—2011年秘魯外海莖柔魚(yú)漁場(chǎng)SST平均值,可以得出漁場(chǎng)的SST變化范圍為17.91℃(8月)～25.08℃(3月)。

本研究中通過(guò)直方圖分析了秘魯外海莖柔魚(yú)對(duì)月均SST的偏好(圖4)。結(jié)果表明,在捕撈高峰季節(jié),最高的SI對(duì)應(yīng)的SST為17～20℃。其中,基于2006—2011年相對(duì)應(yīng)的SST數(shù)據(jù)分別在8、10、11月直方圖中出現(xiàn)雙峰現(xiàn)象。在7月SST的適宜范圍為18℃,8月為17.0～18.5℃,9月為17℃,10月為17～19℃,11月為18～20℃,12月為19.5～20.5℃。

通過(guò)對(duì)2006—2011年9—11月秘魯外海莖柔魚(yú)CPUE值與衛(wèi)星海表溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行疊加,并制作等溫線圖(圖5)。由圖5可知,19℃等溫線與秘魯外海莖柔魚(yú)CPUE值有著較強(qiáng)的相關(guān)性,此特定的SST值可作為一個(gè)理想的評(píng)估潛在棲息地指標(biāo)。

2.4 莖柔魚(yú)漁場(chǎng)

選取19℃SST范圍作為秘魯外海莖柔魚(yú)棲息地,預(yù)測(cè)2006—2011年7—12月(高CPUE值的主要捕撈季節(jié))每月的潛在棲息地(圖6)。由圖6可知,19℃SST范圍基本與各月高CPUE值相關(guān),可以作為潛在棲息地指標(biāo)。

2.5 水溫變動(dòng)對(duì)漁場(chǎng)分布的影響

基于秘魯外海莖柔魚(yú)偏好溫度條件,對(duì)秘魯外海2006—2011年9—12月SST分別升降0.5℃和1℃(圖7)可知,隨著SST的上升,莖柔魚(yú)棲息地有著自北向南移動(dòng)的趨勢(shì),這表明漁場(chǎng)的分布會(huì)隨著溫度的升高而南移。通過(guò)對(duì)比各月不同溫度條件下的棲息地面積(圖8)可知:隨著SST的上升,莖柔魚(yú)棲息地面積呈緩慢增加趨勢(shì),而12月明顯呈負(fù)相關(guān),這可能是由于12月份平均SST高于20℃,而此時(shí)SST若繼續(xù)上升,則莖柔魚(yú)棲息地面積反而下降;隨著SST的下降,莖柔魚(yú)棲息地面積呈下降趨勢(shì),除12月外其他月份均明顯呈負(fù)相關(guān)。

2.6 特殊環(huán)境條件下漁場(chǎng)分布

莖柔魚(yú)的空間分布與初級(jí)生產(chǎn)力和次級(jí)生產(chǎn)力關(guān)系密切,而El Ni?o和La Ni?a現(xiàn)象對(duì)秘魯外海初級(jí)和次級(jí)生產(chǎn)力造成巨大影響。其中,El Ni?o現(xiàn)象會(huì)造成莖柔魚(yú)資源量的下降,如2006年8月—2007年1月,CPUE值從6.81 t/haul降至4.38 t/haul;而發(fā)生La Ni?a現(xiàn)象的月份,其資源量會(huì)因沿海上升流勢(shì)力增強(qiáng)而增加[22-24],如2011年8月—12月,CPUE值從3.11 t/haul增至8.46 t/haul;其次,每年4月份CPUE值均偏低,并在2011年4月出現(xiàn)最低值,為2.13 t/haul(圖9)。

從圖9和圖10可以看出,在El Ni?o現(xiàn)象出現(xiàn)的月份中,秘魯外海莖柔魚(yú)CPUE值與海表溫度呈負(fù)相關(guān);而在La Ni?a現(xiàn)象出現(xiàn)的月份中,秘魯外海莖柔魚(yú)CPUE值與海表溫度則呈正相關(guān)。

圖4 2006—2011年秘魯外海莖柔魚(yú)7—12各月最適SST直方圖Fig.4 M onthly favourable SSTs of Jumbo flying squidDosidicus gigasproduction determ ined using a histogram analysis in fishing grounds from 2006 to 2011

圖5 秘魯外海莖柔魚(yú)9—11月CPUE值與衛(wèi)星海表溫疊加圖(19℃)Fig.5 Association of CPUE values for Jumbo flying squidDosidicus gigasfrom September to November w ith satellite SST images off Peru

3 討論

3.1 秘魯外海莖柔魚(yú)棲息地空間分布變化

秘魯漁場(chǎng)作為世界四大漁場(chǎng)之一,其形成機(jī)制主要源于上升流把海水中大量的海洋浮游生物和營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)物質(zhì)帶到海水表層[25]。由此,莖柔魚(yú)漁場(chǎng)分布會(huì)因上升流強(qiáng)弱而發(fā)生一定的轉(zhuǎn)移。2006—2011年7—12月的CPUE在經(jīng)度上自西向東轉(zhuǎn)移(圖3),一定程度上可能是由于10—12月沿岸一側(cè)形成了強(qiáng)勁的上升流[13]。同時(shí),通過(guò)用秘魯外海2006—2011年9—12月SST(分別變化±0.5℃和±1℃)預(yù)測(cè)其潛在棲息地,可以看出,SST降低1℃的潛在棲息地在其正常位置的北部,而增加1℃則在正常位置的南部(圖7),這表明拉尼娜現(xiàn)象對(duì)漁場(chǎng)分布的影響比厄爾尼諾要向北偏移。

3.2 秘魯外海莖柔魚(yú)適宜溫度

本研究表明,2006—2011年秘魯外海海表溫度變化趨勢(shì)大致相同,12月至翌年5月海表溫度普遍在20℃以上,而6—11月海表溫度降到20℃以下(圖11),同時(shí)莖柔魚(yú)高產(chǎn)季節(jié)段在7—12月(圖2),故秘魯外海莖柔魚(yú)適宜溫度在7—12月份間選取,且在20℃以下。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析各月SST與SI之間的關(guān)系可知,秘魯外海莖柔魚(yú)的適宜溫度范圍為18～20℃(圖4),這與胡振明等[11]的研究結(jié)論一致。通過(guò)秘魯外海莖柔魚(yú)CPUE值與衛(wèi)星海表溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加可知,19℃疊加效果最好,而僅在12月份出現(xiàn)異常情況,這可能與12月份海表溫度平均值高于20℃有關(guān),19℃適宜溫度指標(biāo)不適用于12月份,同理也不適用于1—5月份。但由于高產(chǎn)月份分布在7—12月份,故選取19℃作為最適溫度指標(biāo)比較合適。

注:圖中紅色區(qū)域代表?xiàng)⒌?藍(lán)色區(qū)域代表海域Note:The red area represents habitat;The blue area represents the sea area圖6 2006—2011年7—12月各月秘魯外海潛在莖柔魚(yú)棲息地分布與變化Fig.6 M onthly potential habitats of Jum bo flying squidDosidicus gigasderived from satellite SST data associated w ith the corresponding CPUE values during July-December from 2006 to 2011

圖7 2006—2011年9—12月基于衛(wèi)星的海表溫度增加±0.5℃和±1℃時(shí)秘魯外海莖柔魚(yú)潛在棲息地Fig.7 M onthly(September-December)potential habitats of Jumbo flying squidDosidicus gigasderived from satellite SST data w ith increase in±0.5℃and±1℃in recent years(2006—2011)

注:方形點(diǎn)為拉尼娜事件起止點(diǎn);圓形點(diǎn)為厄爾尼諾起止點(diǎn)Note:Square point denotes the beginning and end of La Ni?a; Round point denotes the beginning and end of El Ni?o圖9 2006—2011年秘魯外海莖柔魚(yú)CPUE年際月平均變化Fig.9 Changes in annual average monthly value of CPUE of Jumbo flying squidDosidicus gigasfrom 2006 to 2011

圖10 2006—2011年秘魯外海SST年際月平均變化Fig.10 Changes in annual average monthly value of the SST off the coast of Peru from 2006 to 2011

圖11 2006—2011年秘魯外海SST月平均變化Fig.11 Changes in monthly average value of the SST off the coast of Peru from 2006 to 2011

4 結(jié)語(yǔ)

本研究中通過(guò)中國(guó)魷釣船在秘魯外海的生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),并結(jié)合實(shí)測(cè)和衛(wèi)星遙感的海表溫度數(shù)據(jù),研究分析了水溫變化對(duì)秘魯外海莖柔魚(yú)棲息地的影響,并對(duì)最適宜棲息地指標(biāo)進(jìn)行了探討。需要注意的是,水溫變化不是莖柔魚(yú)棲息地變動(dòng)的唯一因素,其同時(shí)也受到多種環(huán)境因素影響,如上升流和葉綠素濃度等因素,因而,在以后的研究和分析中,需進(jìn)一步考慮多環(huán)境因素,并進(jìn)行綜合動(dòng)態(tài)分析,以便更準(zhǔn)確地分析水溫變化對(duì)秘魯外海莖柔魚(yú)棲息地的影響。

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Impact of changes in water temperature on habitat of Jumbo flying squidDosidicus gigasoff the coast of Peru

LILi,LüXiang,ZHANG Shuo,JIAO Min,ZHANG Miao,CHEN Xin-jun
(College of Marine Science,Shanghai Ocean University,Shanghai201306,China)

The effects of changes in water temperature on habitat of Jumbo flying squidDosidicusgigasoff the coast of Peru were studied based on the production data of squid jigging vessel of China off the coast of Peru in the years of 2006—2011,combining with surface temperature data of observing and satellite remote sensing and using Suitability Index Model depending on work times and catch per unit effort(CPUE)in order to get the suitable temperature index and to predicte the change in temperature impact on habitats of Jumbo flying squid.The results showed that the habitats of Jumbo flying squid weremoved from west to east in horizontal and from north to south in vertical with the warming sea temperature.The suitable temperature index in themonth of high production was observed at water temperature of 19℃.The production of Jumbo flying squid was drawdown when the phenomenon of El Ni?o happened,and the production was increased when the phenomenon of La Ni?a was found.

Dosidicus gigas;sea surface temperature;habitat;off the coast of Peru

Q175

A

10.16535/j.cnki.dlhyxb.2016.06.017

2095-1388(2016)06-0685-07

2016-04-07

農(nóng)業(yè)部轉(zhuǎn)產(chǎn)轉(zhuǎn)業(yè)項(xiàng)目——江蘇省海州灣海洋牧場(chǎng)示范項(xiàng)目(D-8006-13-8023,D8006-12-8018);國(guó)家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專(zhuān)項(xiàng)(201003068);海洋局公益性行業(yè)專(zhuān)項(xiàng)(20155014)

李莉(1992—),女,碩士研究生。E-mail:877458704@qq.com

張碩(1976—),男,博士,副教授。E-mail:s-zhang@shou.edu.cn