黃海海水溫度月變化與鮭魚養(yǎng)殖的適應(yīng)性?

劉 雪， 王祥東?? ， 李廣雪， 劉世東 ， 仲 毅

(1. 中國海洋大學(xué)海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100； 2. 青島藍(lán)色地球大數(shù)據(jù)科技有限公司，山東 青島 266400； 3. 中國海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266100 )

鮭魚(Oncorhynchus)營養(yǎng)價(jià)值豐富，肉質(zhì)鮮美，含高蛋白、高不飽和脂肪酸、是世界三大養(yǎng)殖魚類之一，海水魚類養(yǎng)殖中，半數(shù)以上產(chǎn)量來自鮭魚[1]。鮭魚生態(tài)現(xiàn)象復(fù)雜，分為降水型和淡水型，其中又包含不同的生態(tài)類群，每種生態(tài)類群生長于不同的水域，多數(shù)為海、淡水洄游類型。鮭魚屬于肉食性魚類，對蛋白和脂肪的利用率較高。然而鮭魚屬冷水性魚，喜生活在含氧豐富、清涼、流動(dòng)、無污染的水域，只水溫條件就給養(yǎng)殖技術(shù)帶來了很大的難題。鮭魚的生長最適宜水溫是8～18 ℃，20 ℃以上代謝、抗病力降低，25 ℃以上會(huì)很快死亡[1]。鮭魚沒有明顯的生長水溫下限，只要水不結(jié)成冰就能攝食生長。我國雖然有良好的冷水資源和眾多養(yǎng)殖場，但實(shí)際養(yǎng)殖產(chǎn)量只有1.6萬t，不足全球鮭鱒魚產(chǎn)量的1%，每年尚需進(jìn)口1萬t以上的鮭魚以滿足市場基本需求[2]，因而急需提高鮭魚養(yǎng)殖技術(shù)和產(chǎn)量。本文針對山東省目前提倡的海洋牧場計(jì)劃，對適于鮭魚生長的水溫地域進(jìn)行了研究，希望對鮭魚的養(yǎng)殖提供參考，推動(dòng)我國海洋牧場冷水性魚類養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

1 研究背景

黃海中下層水體具有世界罕見的夏季冷水團(tuán)，溫度范圍一般在5～12 ℃之間[3]。在黃海，有3個(gè)冷水團(tuán)，北黃海冷水團(tuán)1個(gè)和南黃海冷水團(tuán)2個(gè)，北黃海冷水團(tuán)比較穩(wěn)定，南黃海的冷水團(tuán)變化較大[4]，會(huì)出現(xiàn)南北方向的擺動(dòng)[5]。關(guān)于黃海冷水團(tuán)形成的機(jī)制，赫崇本等[6]對黃海冷水團(tuán)的形成機(jī)制及其性質(zhì)進(jìn)行了研究，并提出黃海冷水團(tuán)水是冬季在黃海本地形成。邱道立等、任慧軍和詹杰民、于非等、鮑獻(xiàn)文等、姚志剛等、李建超等[4, 6-17]利用不同調(diào)查資料或模式結(jié)果，對黃海冷水團(tuán)的季節(jié)變化及其消長過程進(jìn)行了分析，基本確定了黃海冷水團(tuán)春季形成、發(fā)展，夏季成熟，秋季衰退，冬季消失的特點(diǎn)。李廣雪等、Ma等[18-20]對中國東部海域環(huán)流機(jī)制進(jìn)行了研究，并總結(jié)了東中國海的環(huán)流特點(diǎn)，環(huán)流是控制黃海海水溫度的變化的關(guān)鍵因素之一。

2017年，董雙林教授科研團(tuán)隊(duì)培育的三文魚苗已在嵐山區(qū)萬澤豐海洋牧場試養(yǎng)成功，標(biāo)志著黃海冷水團(tuán)三文魚養(yǎng)殖項(xiàng)目取得階段性成果[21]。本文以此為背景，深入探討了1907—1986年以來黃海海表溫度以及黃海底部冷水團(tuán)的范圍變化情況，希望為海洋牧場養(yǎng)殖鮭魚提供參考，也為以后三文魚的深水養(yǎng)殖提供參考。

2 研究區(qū)域

本文的研究區(qū)域是黃海，如圖1所示。黃海是西太平洋最大的邊緣海之一，位于中國大陸與朝鮮半島之間。是一個(gè)近似南北向典型的海域。它在西北以遼東半島南端老鐵山角與山東半島北岸蓬萊角連線為界，與渤海相聯(lián)系，南以中國長江口北岸啟東嘴與濟(jì)州島西南角連線為界，與東海相連。黃海南北跨度約 870 km，東西跨度約為556 km，總面積達(dá)38萬km2，平均水深約為 44 m，最大水深達(dá)140 m[22]。

圖1 研究區(qū)域

3 數(shù)據(jù)來源及方法

3.1 數(shù)據(jù)來源

本次研究數(shù)據(jù)來自渤海、黃海、東海-海洋圖集(水文分冊)，該圖集中的水溫?cái)?shù)據(jù)是收集了1907—1986年的實(shí)測數(shù)據(jù)所統(tǒng)計(jì)的平均值[23]。數(shù)據(jù)包括1907—1986年間的148 779站次的數(shù)據(jù)，其中1954年以后的資料為126 738站次，該數(shù)據(jù)量足以說明底層水溫的規(guī)律性特征。本文僅使用了該數(shù)據(jù)集中的表層溫度和底層溫度數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)處理方法

利用surfer軟件，對獲得的海洋圖集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化、溫度分類顯示，再利用arcgis軟件將海表和海底溫度所需范圍畫出并進(jìn)行分析。

4 結(jié)果與討論

根據(jù)鮭魚生長的水溫條件，將海水溫度8～18 ℃的海域作為適宜窗口，溫度18～25 ℃的海域作為休眠窗口，溫度大于25 ℃的海域?yàn)樗劳龃翱凇?/p>

4.1 黃海海表面溫度變化與鮭魚養(yǎng)殖窗口(見圖2和3)

1月，適宜窗口占據(jù)了南黃海的大部分區(qū)域，分布在南黃海的中部、東部和南部。

2月，適宜窗口分布在50 m等深線以深濟(jì)州島西部的海域，整個(gè)黃海海域的海表溫度集中在0～8 ℃之間，該月份休眠窗口和死亡窗口均不存在。

從3月的海表溫度分布來看，適宜窗口的分布與2月的分布相近，8 ℃等溫線有向北移動(dòng)的趨勢，在西朝鮮灣出現(xiàn)了較大的0 ℃以下的海域。該月份休眠窗口和死亡窗口均不存在。

從4月的海表溫度圖來看，適宜窗口的范圍開始擴(kuò)大，主要分布在8 ℃等溫線以南的南黃海海域，該月份休眠窗口和死亡窗口都不存在。

從5月的海表溫度圖可以看出，除了西朝鮮灣和江華灣的部分區(qū)域，黃海海域都屬于適宜窗口，休眠窗口和死亡窗口不存在。

從6月的海表溫度圖可以看出，適宜窗口主要分布在北黃海，休眠窗口主要分布在南黃海，死亡窗口不存在。

從7月的海表溫度來看，除北黃海東部沿岸的小片區(qū)域，黃海海域幾乎都處于休眠窗口，在南黃海的西南部出現(xiàn)了死亡窗口。

從8月的海表溫度來看，該月份沒有適宜窗口，休眠窗口主要分布在北黃海海域，死亡窗口主要分布在南黃海海域。

從9月的海表溫度圖來看，沒有適宜窗口分布；休眠窗口占據(jù)了黃海的大部分海域；該月份的死亡窗口主要分布在蘇北近岸一帶。

從10月的海表溫度圖可以看出，適宜窗口主要分布在北黃海的東部和西部的近岸；休眠窗口占據(jù)了黃海的大部分海域；該月份死亡窗口在黃海不存在。

11月的海表溫度分布規(guī)律比較明顯，幾乎整個(gè)黃海的海表溫度都在8～18 ℃之間，沒有死亡窗口，只有位于南黃海南部的小部分海域分布著一點(diǎn)休眠窗口。

12月的海表溫度圖可以看出，適宜窗口占據(jù)了黃海的整個(gè)海面，該月份沒有休眠窗口，也沒有死亡窗口。

由于鮭魚生長沒有固定的下限水溫，只要海面不結(jié)冰，8 ℃以下鮭魚都可以存活[1-2]，但這不是最適宜的溫度，因此本文不再進(jìn)行分析研究。

圖2 黃海海表溫度分布圖

(圖中白色是8 ℃以下的范圍。The white in theFigure is the range below 8 ℃.)圖3 黃海海表各窗口分布圖

4.2 黃海底層溫度變化與鮭魚養(yǎng)殖窗口(見圖4和5)

從海洋圖集的底層溫度數(shù)據(jù)可以看出，一年中的1月、2月和3月黃海的底層溫度主要在5～12 ℃之間，海表溫度主要集中在0～8 ℃之間，表-底溫度相差不大，黃海冷水團(tuán)沒有形成，在海表面，鮭魚養(yǎng)殖的適宜窗口僅在黃海南部接近東海的區(qū)域分布，然而此時(shí)南黃海的底層溫度卻在8～12 ℃之間，該底層溫度最適合鮭魚的生長。

從4月開始，不管是在海表還是海底，8 ℃等溫線開始北移，這意味著鮭魚生長的適宜窗口在擴(kuò)大，適宜窗口覆蓋了南黃海的大片區(qū)域。

5月黃海冷水團(tuán)的雛形已經(jīng)形成，冷水團(tuán)雛形主要分布在北黃海和南黃海的東部和西部，海底溫度主要集中在5～12 ℃之間，在南黃海西部的海底，依然有大片海域的海溫適合鮭魚的生長。此時(shí)黃海的海表溫度主要集中在8～16 ℃之間，除西朝鮮灣的部分海域， 黃

圖4 黃海底層溫度分布圖

(圖中白色是8 ℃以下的范圍。The white in theFigure is the range below 8 ℃.)圖5 黃海底層各窗口分布圖

海的海表面都被適宜窗口覆蓋，都適合鮭魚的養(yǎng)殖。

6月黃海底層低溫水體面積較大，它占據(jù)了北黃海以及南黃海的大部分區(qū)域，此時(shí)南黃海的海表溫度已經(jīng)不再適合鮭魚的生長，只有北黃海的海表存在著鮭魚生長的適宜窗口。該月份水溫最適合鮭魚生長的海域在北黃海的海表和除沿岸附近的整個(gè)黃海的底部海域。

7和8月，鮭魚生長的適宜窗口已經(jīng)退出了黃海海面，海面充斥著大面積的休眠窗口和死亡窗口，然而此時(shí)的黃海冷水團(tuán)發(fā)育正旺盛，黃海的海底水溫主要集中在8～18 ℃，僅在蘇北沿岸附近存在小范圍的休眠窗口和死亡窗口。該海域的水文條件提供了鮭魚生長的最佳海域。

9和10月，黃海冷水團(tuán)的范圍開始縮小，但是在黃海的海底依然大范圍存在，主要分布在北黃海和南黃海的中部以及山東半島南部的黃海海域，該區(qū)域依然是鮭魚生長的適宜窗口。在蘇北近岸的海底海域，存在著部分不適宜鮭魚生長的海域。而此時(shí)9月的海表面，除朝鮮半島西側(cè)的小范圍海域適合鮭魚生長外，黃海的大部分海域皆為休眠窗口。10月，在北黃海和南黃海的北部海表面出現(xiàn)了鮭魚生長的適宜窗口，此時(shí)北黃海和南黃海中東部的的表層和底層都存在適合鮭魚生長的海域。

11月，黃海冷水團(tuán)的范圍繼續(xù)縮小，分布在北黃海和南黃海的中部，此時(shí)的黃海海表面已經(jīng)恢復(fù)到了適宜窗口的時(shí)代，休眠窗口和死亡窗口完全退出了黃海海表面。

12月，黃海冷水團(tuán)消失，但是黃海海底的水溫條件卻可以為鮭魚的生長提供最佳的場所。而此時(shí)黃海的海表溫度顯示，鮭魚生長的最佳水溫條件在南黃海中部，以及山東半島南部的黃海海域。

將黃海底層低溫水體的范圍進(jìn)行疊加也可以發(fā)現(xiàn)(見圖6)，冷水團(tuán)的位置有3個(gè)中心， 分別位于北黃海中部、南黃海的東部和西部，而且也可以看出，北黃海的中心相對穩(wěn)定，南黃海的西部中心伴隨月份的不同范圍會(huì)發(fā)生較大變化，而南黃海東部中心相對穩(wěn)定。

圖6 黃海底層低溫水體分布范圍的月變化圖

將北黃海和南黃海的各個(gè)窗口期進(jìn)行對比，結(jié)果見表1和2。

表1 北黃海適宜窗口、休眠窗口和死亡窗口一年中出現(xiàn)月份

注：存在√，不存在×。Note：Existence √; Inexistence ×.

①M(fèi)onth；②Suitable window；③Dormancy window；④Death window；⑤Surface；⑥Bottom

表2 南黃海適宜窗口、休眠窗口和死亡窗口一年中出現(xiàn)月份

注：存在√，不存在×。Note：Existence √; Inexistence ×.

①M(fèi)onth；②Suitable window；③Dormancy window；④Death window；⑤Surface；⑥Bottom

綜上所述，黃海冷水團(tuán)為鮭魚度夏提供了適宜的場所[26]，同時(shí)北黃海的冷水團(tuán)位置相對穩(wěn)定，南黃海的冷水團(tuán)位置變動(dòng)較大，因此北黃海的冷水團(tuán)比較適合鮭魚度夏。此外，黃海海域中，相較于北黃海，南黃海在一年中適宜窗口出現(xiàn)的時(shí)間最長，但也是休眠窗口和死亡窗口出現(xiàn)時(shí)間最長的海域。還有，在適宜窗口期，一年之中，除了6—9月，北黃海的表底溫差不大，由于鮭魚是冷水性魚類，需要低溫環(huán)境，作者認(rèn)為，從水溫條件來看，該海域更適合鮭魚的養(yǎng)殖。

4.3 養(yǎng)殖鮭魚最佳位置的討論

根據(jù)以上結(jié)果，遵循以下8種原則在黃海海域篩選出基于海洋溫度的養(yǎng)殖鮭魚的最佳位置：1、表層適宜窗口出現(xiàn)的月份時(shí)間越長越好；2、表層適宜窗口出現(xiàn)的月份連續(xù)性越高越好；3、表、底層適宜窗口位置重疊一起最好；4、表、底層適宜窗口聯(lián)合出現(xiàn)的月份時(shí)間越長越好；5、養(yǎng)殖位置不變最好；6、距離死亡窗口越遠(yuǎn)越好；7、距離陸地越近越好；8、水深越淺越好。

將已獲得的黃海的海表適宜窗口和海底適宜窗口進(jìn)行疊加分析發(fā)現(xiàn)，全年在海面上，8月和9月沒有適宜窗口，而在海表面的其他10個(gè)適宜窗口月份不存在共同相交的位置，相交點(diǎn)最多的位置有8個(gè)月份相交(月份分別是11、12、1、2、3、4、5和6月)，位于濟(jì)州島北部、朝鮮半島的南部的海域，中心位置在126.3°E，34°N左右以及中心位置大約位于123°E,33.8°N的海域(見圖7)。7個(gè)月份(1、2、3、4、5、11和12月)相交的位置也在該位置附近，包括了8個(gè)月份相交的部分。6個(gè)月份相交的部分有2種情況：5、6、7、10、11和12月相交的部分；11、12、1、2、3和4月相交的部分，該部分與7個(gè)月相交的部分重合。5個(gè)月相交的部分也有2種情況：5、6、10、11和12月相交的部分(見圖7中5個(gè)月相交部分一)；6、7、10、11和12月相交的部分(見圖7中5個(gè)月相交部分二)。

海表面4個(gè)月相交的位置，意味著，該位置一年當(dāng)中有8個(gè)月需要生活在海底或者需要人工干預(yù)溫度，這與該研究的初衷相悖，所以不再進(jìn)行討論。

海底養(yǎng)殖鮭魚是一種輔助鮭魚度夏的手段。從海底的適宜窗口分布來看，在海底存在一塊全年每個(gè)月份共同相交的部分，如圖7所示，分布在南黃海東南部，西側(cè)已經(jīng)越過124°E以西，是深水養(yǎng)殖鮭魚的最佳位置。從圖中可以看出，海底共同相交的部分與海表8個(gè)月、7個(gè)月和6個(gè)月相交的部分有一共同的重疊部分。該重疊的部分，就是可以全年養(yǎng)殖鮭魚的位置，它們中心坐標(biāo)分別位于126.3°E，34°N附近和123°E，33.8°N附近，面積分別大約6 144.78和1 216.06 km2。雖然濟(jì)州島北部的海域靠近陸地，人工干預(yù)時(shí)方便，但是，該區(qū)域經(jīng)常受到臺(tái)風(fēng)的影響，尤其是一年中的7、8和9月[24],因此，位于123°E，33.8°N附近的海域更合適，是養(yǎng)殖鮭魚的最佳位置。因此，從水溫條件來講，該位置可以作為黃海范圍內(nèi)養(yǎng)殖鮭魚的最佳位置。

如果考慮在中國漁業(yè)水域近岸范圍內(nèi)，選取養(yǎng)殖鮭魚的最佳位置，需從有5個(gè)月相交的部分進(jìn)行篩選。將該海域分別與海表面相對應(yīng)的海底適宜窗口范圍進(jìn)行疊加比對分析，并將該部分的海域編號(見圖8)。由于2號和3號海域已經(jīng)超過124°E，因此不再考慮2號和3號海域。研究發(fā)現(xiàn)1號海域海表與相應(yīng)海底適宜窗口重疊的空檔期在一年中為1—4月。因此，1號海域的水溫條件是養(yǎng)殖鮭魚的最佳位置，中心坐標(biāo)位于122.36°E，39°N附近，面積大約9 198.16 km2。

該區(qū)域是8～18 ℃海表和海底適宜窗口一年中的重疊部分，因此也不需要考慮北黃海冬季結(jié)冰情況。

從海表和海底的死亡窗口的分布來看(見圖9)，在海底，死亡窗口位置分布在蘇北一帶，而在海表面，在7月，死亡窗口充斥著整個(gè)海面，8月的黃海，死亡窗口也占據(jù)了大片的區(qū)域，隨處可見。整體上說，蘇北一帶是全年當(dāng)中死亡窗口分布時(shí)間最長的區(qū)域，鮭魚養(yǎng)殖時(shí)務(wù)必避開此處。

圖8 海表五個(gè)月相交部分與相應(yīng)海底適宜窗口重疊分布圖

圖9 死亡窗口全年分布圖

5 結(jié)語

黃海提供了鮭魚順利度夏的天然場所—黃海冷水團(tuán)，黃海冷水團(tuán)在一年的5月形成，在7月最強(qiáng)盛，在12月消失，在北黃海有一個(gè)冷水團(tuán)中心，位置比較穩(wěn)定，在南黃海有2個(gè)冷水團(tuán)中心，位置變動(dòng)較大。

從海表溫度來看，在北黃海，一年當(dāng)中，除8月近岸出現(xiàn)了小范圍的死亡窗口，其余月份沒有死亡窗口出現(xiàn)。在南黃海，適宜窗口、休眠窗口和死亡窗口位置變動(dòng)比較頻繁。南黃海在一年中適宜窗口出現(xiàn)的時(shí)間最長，但不論是表底溫差是海表面溫度，都變化比較大，在北黃海，一年中適宜窗口出現(xiàn)的時(shí)間短，但是表底溫差化不大。

在黃海，養(yǎng)殖鮭魚最適宜溫度分布的位置在濟(jì)州島的北部和朝鮮半島南部海域，其中心位置分別位于126.3°E，34°N附近和123°E,33.8°N附近，面積分別為6 144.78 km2左右和1 216.06 km2左右。對于中國來說，養(yǎng)殖鮭魚最適宜溫度分布的位置在遼東半島南部海域的近岸，中心位置位于122.36°E，39°N附近，面積約9 198.16 km2。在黃海最不適宜養(yǎng)殖鮭魚的位置位于中國蘇北一帶。

水溫條件是影響鮭魚養(yǎng)殖的最主要因素之一，尋找水溫條件最佳的養(yǎng)殖位置至關(guān)重要。本文僅針對鮭科魚類的水溫適應(yīng)性進(jìn)行了整體研究，具體種類的鮭科魚最適水溫位置仍需進(jìn)一步討論。