中國首次南大洋考察中的南極磷蝦研究

張家明

（上海交通大學 科學史與科學文化研究院，上海 200240）

一、南極磷蝦研究的背景及立項由來

1981 年5 月11 日，國家南極考察委員會成立，這標志著中國南極考察計劃正式拉開帷幕，南極委與國家海洋局也開始積極推進中國首次南極考察的籌備工作。中國首次南極考察包含了 “長城” 科學考察站的建設、南極洲陸上考察與南大洋考察三個項目，其中南大洋考察中又包含生物、水文、氣象、化學、地質、地球物理等6 個學科23 個項目［1］3-5。時間緊、任務重、考察人員經(jīng)驗不足等客觀條件決定了此次南大洋考察不可能面面俱到，必須有所側重。為了學習國外的相關南極考察經(jīng)驗，國家海洋局局長羅鈺如于1984 年1 月率隊前往阿根廷南極機構進行考察，并隨 “天堂” 號抗冰船訪問了阿根廷的南極站［2］34。通過實地觀察南極半島地區(qū)和南設得蘭群島的自然環(huán)境，羅鈺如對中國南極科考站選址有了大致的方案，而王榮帶來的提案也使南大洋考察的側重點有了眉目。

中國科學院海洋研究所研究員王榮于1981 年前往加拿大貝德福德海洋研究所訪問交流，歸國后又前往阿根廷尤巴尼科考站考察。豐富的海外游學經(jīng)歷讓王榮對國際前沿研究熱點較為了解，在王榮與代表團會合后，他向羅鈺如提出中國首次南大洋考察應以南極磷蝦為重點［3］。原因有二：一是南極磷蝦是南大洋生態(tài)鏈中的關鍵物種，開展南極磷蝦研究有助于中國下一步對南大洋其他生物的調查；二是以南極磷蝦調查為重點的第二次國際南極海洋生態(tài)系統(tǒng)和生物資源調查（SIBEX）與中國首次南極考察恰巧在同一時期舉行，南大洋考察若同樣著眼于南極磷蝦，便可更快地與國際接軌，既能體現(xiàn)出中國在南極研究上的貢獻，又能從國際合作中提高自身研究水平。通過國內(nèi)外專家的分析與討論，羅鈺如肯定了王榮提出的建議，明確了中國首次南大洋考察的重點是以 “南極磷蝦生物資源及其環(huán)境狀況”［1］3的調查。

二、南極磷蝦研究的籌備及儀器設計

1984 年6 月25 日，國務院批準了國家海洋局、國家南極委、國家科委、外交部和海軍聯(lián)合提交的《關于中國在南極洲建站和進行南大洋、南極洲科學考察的報告》，南極考察正式列入國家的議事日程［2］35。在明確了南大洋考察以南極磷蝦為重點之后，南極磷蝦研究硬件設備的缺位成為亟待解決的難題。南極磷蝦研究大體可以分為蝦群偵察、捕撈取樣與實驗室研究3 個步驟，其對應的硬件設備分別為探魚儀、捕撈網(wǎng)具及低溫實驗室。這3 個環(huán)節(jié)中有一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會導致整個項目破產(chǎn)。距考察隊出發(fā)只有短短幾個月的時間，探魚儀、捕撈網(wǎng)具以及低溫實驗室的研發(fā)若要在短時間內(nèi)保質保量完成，需要考察團隊與相關科研機構和單位共同合作。1979 年，由東海研究所向日本全指造船所定制的遠洋漁業(yè)調查船“東方” 號擁有完整的遠洋漁業(yè)系統(tǒng)。該船裝有國際上較為先進的拖網(wǎng)和探魚儀，并配備有拖網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)、生態(tài)實驗水槽、成分分析儀等儀器設備［4］。用于偵查和捕撈竹莢魚、沙丁魚群的探魚儀和拖網(wǎng)與偵查捕撈南極磷蝦的高頻探魚儀和中層拖網(wǎng)在原理與技術上有許多相似之處，這使得中國初步具備了研發(fā)南極磷蝦捕撈器具的能力。

1984 年8 月，國家海洋局委派東海水產(chǎn)研究所捕撈室副主任郭南麟?yún)⒓幽蠘O考察，任南大洋考察隊生物組副組長，他的主要任務是南極磷蝦的偵察與取樣捕撈［5］。根據(jù)國外偵察南極磷蝦的經(jīng)驗，120～200kHz 的高頻探魚儀適合探測南極磷蝦蝦群的位置。郭南麟通過對國產(chǎn)探魚儀型號的比較，選中了漁業(yè)機械儀器研究所研制的TCL-204 型垂直探魚儀，并委托設計者侯光烈進行船舶適配性改進。在網(wǎng)具方面，考察團隊原計劃從國外引進艾隆克- 基德中層拖網(wǎng)（IKMT 網(wǎng)），但未能成功，只能進行國內(nèi)自主研發(fā)。郭南麟與東海水產(chǎn)研究所的沈寶楨、洪景星等研究員參考艾隆克和谷口健雄的論文與設計圖［1］417對網(wǎng)具進行設計，并委托上海繩網(wǎng)廠進行制作，在出發(fā)之前順利完成6 項IKMT 網(wǎng)以及2 項用于試捕的圓錐形網(wǎng)。由于此次南大洋考察有飼養(yǎng)活體南極磷蝦樣本的目標，所以低溫實驗室也是必不可少的硬件設施，該部分由王榮設計并委托青島制冷機械廠制造，成功完成兩臺集裝箱式的低溫實驗室［6］。經(jīng)驗尚淺的考察團隊通過學習國外的成功經(jīng)驗，同國內(nèi)科研機構與單位一起群策群力，克服諸多問題與挑戰(zhàn)，由此順利按期完成首次南極考察中磷蝦研究的籌備工作。

三、南極磷蝦的生態(tài)分布及生物化學性質研究

1985 年1 月19 日，南大洋考察隊在 “向陽紅10” 號卸完物資后乘該船出發(fā)，在南極半島周圍海域開始著手進行南極磷蝦調查。在蝦群偵察與映像分析方面，考察隊使用國產(chǎn)TCL-204 型垂直探魚儀進行偵察，以研究被測海域內(nèi)南極磷蝦在各水層、各時間、各區(qū)域的映像面積分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)80% 左右的南極磷蝦分布在50 米以淺的表層，而南極磷蝦的晝夜分布變化較為隨機，沒有發(fā)現(xiàn)特定規(guī)律。在南極磷蝦捕撈與取樣方面，考察隊使用IKMT 網(wǎng)共進行了13 次瞄準取樣作業(yè)，共捕獲南極磷蝦91.55千克，最高網(wǎng)次產(chǎn)量達21 千克；考察隊也使用圓錐形網(wǎng)在14 個觀測點進行了21 網(wǎng)次垂直拖曳試捕，共捕獲11.15 千克南極磷蝦［1］471-436，并在低溫實驗室中進行活體南極磷蝦飼養(yǎng)實驗，以研究南極磷蝦的生長、脫皮與攝食等生理現(xiàn)象?？疾礻犨€成功將50尾活體磷蝦帶回中國［2］388，為國內(nèi)學者研究南極磷蝦的生物學特點提供了珍貴的實驗樣品。

中國首次南極考察為國內(nèi)學者提供了南極磷蝦的數(shù)量分布、種群組成、生物化學特點等第一手資料，實現(xiàn)了國內(nèi)南極磷蝦研究從無到有的跨越。王榮等學者對捕獲的南極磷蝦按海域分類，進行蝦群數(shù)據(jù)的計算與研究。以喬治王島東北海域為例，該海域南極磷蝦的平均體長為46.8 毫米，成體蝦占群體的比例為96.5%，群體分布水層在20～50 米，平均密度為1 400 尾/ 千立方米［7］，并通過計算體長頻數(shù)分布、性成熟度組成頻數(shù)分布等數(shù)據(jù)，對蝦群來源與分布密度等項目進行研究。此外，考察隊也對海水溫度、鹽度、浮游生物等環(huán)境因素與南極磷蝦分布的關系進行研究，得出了南極磷蝦出現(xiàn)在溫度為-1.30～2.12℃、鹽度為33.564～34.482 克/ 千克的海水環(huán)境中，以及蝦群數(shù)量與浮游植物數(shù)量成反比的結論［1］443-444。

考察隊攜帶南極磷蝦樣本回國以后，國內(nèi)學者圍繞這批樣本進行了多次生物化學特性方面的實驗與研究，其中最具代表性的是第二海洋研究所王小羽研究員對南極磷蝦體內(nèi)氨基酸、無機元素與氟等化學成分含量的分析。在對南極磷蝦體內(nèi)氨基酸含量進行研究的過程中，王小羽發(fā)現(xiàn)在南極磷蝦蛋白的17 種氨基酸中，異亮氨酸的含量遠高于前人的研究結果，甘氨酸與脯氨酸的含量也偏高，僅與Burkholder 的結果相當。王小羽據(jù)此做出推論：采樣的海域與時間的不同，導致南極磷蝦種群的性成熟度不同［8］。此外，也有一些國內(nèi)學者對南極磷蝦的營養(yǎng)成分、鮮度評定、加工工藝等方面進行研究，南極磷蝦研究較20 世紀80 年代初有了質和量兩方面的進步。

結語

中國首次南極考察中的南極磷蝦研究受到了國內(nèi)與國際上的一致肯定。在國內(nèi)，根據(jù)國內(nèi)學者自己獲取的第一手資料完成的南極磷蝦及南大洋環(huán)境的綜合報告——《南大洋考察報告》獲1988 年國家科學技術進步二等獎；在國際上，1987 年在法國巴黎召開的 “南極變異與磷蝦資源討論會” 上，與會者對中國南極磷蝦研究做出了 “雖然起步晚，但一開始就做出了高水平的工作”［6］的評價。

但是，這一階段的南極磷蝦研究也存在一些問題。在捕撈技術方面，此次使用的國內(nèi)自主研發(fā)的IKMT 網(wǎng)雖已是國際上較為先進的南極磷蝦捕撈網(wǎng)具類型，但由于缺乏經(jīng)驗，導致網(wǎng)身長度、網(wǎng)口面積等參數(shù)沒有實現(xiàn)最優(yōu)化，網(wǎng)具性能較不理想；同時，此次使用的TCL-204 型垂直探魚儀不具備數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，僅能記錄蝦群映像得到蝦群分布的深度與厚度，但無法定量獲知資源量?？偟膩碚f，拖網(wǎng)與探魚儀的缺陷使得對大型南極磷蝦蝦群的偵察與捕獲變得十分困難。實際上，此次考察中使用IKMT 網(wǎng)捕獲的南極磷蝦平均漁獲量為7.04 千克，而蘇聯(lián)在1962 年第一次南極磷蝦試捕中平均網(wǎng)獲300 千克，日本在1972 年第一次南極磷蝦試捕中平均網(wǎng)獲100 千克，而且二者使用的都是較IKMT 網(wǎng)捕撈南極磷蝦能力更差的框架式表層拖網(wǎng)［9］。可見，當時中國的南極磷蝦捕撈技術水平距發(fā)達國家還有很大的差距。

在南極磷蝦的生物化學特性研究方面，雖然這一階段國內(nèi)有學者在南極磷蝦研究方面較20 世紀80年代初有了較大進步，但國內(nèi)學者對南極磷蝦的研究思路與實驗方法仍是借鑒先進國家已有的方案，雖有一些新發(fā)現(xiàn)和新結論，但總體而言，并沒有突破性的理論與成果?？偠灾?，中國的南極磷蝦研究邁出了較為成功的第一步，但還有很大的發(fā)展空間。