日本鮐對(duì)馬群系資源豐度預(yù)測(cè)研究

薛艷會(huì)，陳新軍，2，3，4，5，汪金濤，2，3，4，5*

（1. 上海海洋大學(xué) 海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306； 2. 農(nóng)業(yè)部大洋漁業(yè)開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201306； 3. 國(guó)家遠(yuǎn)洋漁業(yè)工程技術(shù)研究中心，上海 201306； 4. 大洋漁業(yè)資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201306； 5. 農(nóng)業(yè)部大洋漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，上海 201306）

日本鮐屬于硬骨魚(yú)綱，鱸形目，分布于我國(guó)的渤海、黃海、東海、南海以及西北太平洋沿岸海域，主要由我國(guó)（包括臺(tái)灣省）、日本和朝鮮等國(guó)捕撈利用[1]。近幾年來(lái)，它已成為重要的中上層魚(yú)類(lèi)資源，有研究[2]表明其性成熟年齡降低，約1 齡以上開(kāi)始性成熟，對(duì)馬群系的壽命多為6 齡[3]。日本鮐對(duì)馬群系是包括東海、黃海群在內(nèi)的對(duì)馬暖流群系[4]，其中東海西部群在春、夏季向東海、黃海近海洄游產(chǎn)卵，隨后在其附近索餌，秋冬返回越冬場(chǎng)；黃海群主要來(lái)自東海中南部至釣魚(yú)島北部和日本九州西部外海兩個(gè)越冬場(chǎng)；日本海西部群體的洄游路線尚不明了。

前人有不少關(guān)于日本鮐的研究，主要是針對(duì)近海海域。李綱等[5]對(duì)東海鮐魚(yú)資源和漁場(chǎng)時(shí)空分布特征進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)鮐魚(yú)主要作業(yè)漁場(chǎng)在經(jīng)度上分布無(wú)差異，而在緯度上分布差異明顯。李日嵩等[6]關(guān)于水溫對(duì)東海鮐魚(yú)補(bǔ)充量的研究表明，水溫會(huì)影響到鮐魚(yú)生長(zhǎng)初期魚(yú)卵孵化、仔魚(yú)變態(tài)的時(shí)間及仔幼魚(yú)的生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而影響其資源豐度。Akihiko Yatsu 等[7]的研究表明，太平洋年際振蕩指數(shù)（Pacific Decadal Oscillation，PDO）對(duì)鮐魚(yú)補(bǔ)充量有間接影響。PDO通過(guò)海氣相互作用，可直接影響太平洋及周邊地區(qū)氣候的年際變化，PDO指數(shù)為正值是暖位相，為負(fù)值是冷位相，即當(dāng)其正負(fù)值不同時(shí)，對(duì)魚(yú)類(lèi)資源量變動(dòng)的影響不同。也有研究[8]表明，Nino3.4 海表溫距平值（Sea Surface Temperature Anomaly，SSTA）對(duì)鮐魚(yú)資源變化有明顯影響。

灰色系統(tǒng)理論是研究漁業(yè)資源的一種極有效的分析手段和工具，原因是漁業(yè)資源具有的不確定性和變動(dòng)性較其他資源大[6]?；疑A(yù)測(cè)模型在漁業(yè)研究中也得到廣泛應(yīng)用，對(duì)于漁業(yè)資源的管理起到了很好的指導(dǎo)作用。例如，段丁毓[9]、朱文濤[10]運(yùn)用灰色系統(tǒng)，分別構(gòu)建了秘魯鳀資源量預(yù)測(cè)模型、西北太平洋秋刀魚(yú)的資源豐度預(yù)測(cè)模型，都得到了比較好的預(yù)測(cè)結(jié)果。本文所研究的區(qū)域?yàn)榘ㄈ毡竞５恼麄€(gè)對(duì)馬群系，研究采用灰色關(guān)聯(lián)分析和相關(guān)系數(shù)分析等方法探討日本鮐對(duì)馬群系資源豐度與其產(chǎn)卵場(chǎng)和索餌場(chǎng)的海表溫度（Sea Surface Temperature，SST）、SSTA和PDO的關(guān)系，并基于選出的關(guān)鍵環(huán)境和氣候因子建立多種灰色預(yù)測(cè)模型，為其今后的資源開(kāi)發(fā)和可持續(xù)利用提供技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 材料來(lái)源

日本鮐資源量數(shù)據(jù)來(lái)源于2017 年6 月日本西海水產(chǎn)研究所對(duì)日本鮐對(duì)馬群系資源量的評(píng)估報(bào)告[11]。時(shí)間為1973-2014 年，數(shù)據(jù)包括資源量和漁獲量數(shù)據(jù)（圖1）。

圖1 1973-2013 年日本鮐對(duì)馬群系資源量、漁獲量統(tǒng)計(jì)

海洋環(huán)境數(shù)據(jù)包括產(chǎn)卵場(chǎng)和索餌場(chǎng)的SST，PDO，SSTA。SST下載自網(wǎng)站（http://iridl.ldeo.columbia.edu），空間分辨率為1°×1°，時(shí)間分辨率為月。PDO和SSTA來(lái)自網(wǎng)站（http://www.cpc.ncep.noaa.gov）。

PDO的冷暖位相不同，即冷暖年對(duì)漁業(yè)資源影響不同，所以在分析PDO這一氣候因子對(duì)日本鮐資源量變動(dòng)的影響時(shí)，采用冷暖年份分開(kāi)的方式。在本研究中，PDO數(shù)據(jù)是1995-2014 年的，其中1995年、1998 年、2002 年、2006 年和2014 年為暖位相，1999 年、2001 年、2007 年、2013 年為冷位相。

根據(jù)前人研究[11]，推測(cè)日本鮐有兩個(gè)主要的產(chǎn)卵場(chǎng)和一個(gè)索餌場(chǎng)（圖2），其空間范圍分別為26°～31° N，122°～127° E（SG1）；30°～35° N，128°～131° E（SG2）；35°～38° N，127°～138° E（FG）。這3 塊區(qū)域月平均SST分別表示為SSTSG1，SSTSG2，SSTFG。

1.2 關(guān)鍵環(huán)境因子選取

圖2 日本鮐對(duì)馬群系主要產(chǎn)卵場(chǎng)和索餌場(chǎng)分布圖

計(jì)算2000-2014 年資源量與產(chǎn)卵場(chǎng)、索餌場(chǎng)月平均溫度的相關(guān)系數(shù)；以2000-2014 年的資源量為母序列，SSTSG1、SSTSG2和SSTFG為子序列，計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)度，具體計(jì)算過(guò)程參見(jiàn)文獻(xiàn)[6]，綜合考慮相關(guān)分析和灰色關(guān)聯(lián)分析選擇影響日本鮐對(duì)馬群系資源量的關(guān)鍵環(huán)境因子。同理，計(jì)算PDO與SSTA月平均值，然后按滯后年份為0 a，1 a，2 a 來(lái)分別計(jì)算其與資源量的關(guān)聯(lián)度。另外，計(jì)算PDO的年平均值，分別將PDO為正位相和為負(fù)位相時(shí)，它們與對(duì)應(yīng)年份的資源量和漁獲量的變化趨勢(shì)圖采用均值化處理。用同樣的方法畫(huà)出厄爾尼諾年和拉尼娜年的SSTA值與對(duì)應(yīng)年份資源量和漁獲量的變化趨勢(shì)圖。根據(jù)其計(jì)算結(jié)果來(lái)確定是否取PDO和SSTA作為建立模型的因子。

1.3 模型建立

根據(jù)選取的關(guān)鍵環(huán)境與氣候因子依次建立GM（1，2），GM（1，3），GM（1，4）模型。GM（1，N）模型的建模過(guò)程可參照參考文獻(xiàn)[6]。

2 研究結(jié)果

2.1 海表面溫度

灰色關(guān)聯(lián)分析（表1）表明：產(chǎn)卵場(chǎng)2 的4 月和9 月海表面溫度（SSTSG2-04、SSTSG2-09）與資源量的灰色關(guān)聯(lián)度最大，均為0.77（表1）；索餌場(chǎng)4 月的海表面溫度（SSTFG-04）與資源量的灰色關(guān)聯(lián)度最大，為0.73。產(chǎn)卵場(chǎng)2 的4 月海表面溫度與資源量的相關(guān)系數(shù)最大（R=0.45，P＜0.05，表2）；索餌場(chǎng)4 月的海表面溫度與資源量的相關(guān)系數(shù)最大（R= 0.46，P＜0.05）。因此，選擇SSTSG2-04，SSTSG2-09和SSTFG-04作為影響日本鮐對(duì)馬群系資源豐度的關(guān)鍵環(huán)境因子及其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（表3）。

表1 產(chǎn)卵場(chǎng)與索餌場(chǎng)各月海表溫度與資源量的關(guān)聯(lián)度分析

表2 產(chǎn)卵場(chǎng)與索餌場(chǎng)各月海表溫度與資源量的相關(guān)性分析

表3 2000-2014 年間SST SG2-04，SST SG2-09 和SST FG-04 的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2.2 關(guān)鍵氣候因子

1973-1987 年海表溫距平值波動(dòng)較大，其中1987 年的距平值為1973 年的2.5 倍，1976 年變化趨勢(shì)為0.1，資源量變化趨勢(shì)在1 附近波動(dòng)，變化不明顯；1990 年資源量變化趨勢(shì)為0.13，距平值變化趨勢(shì)為0.61；1991-1994 年距平值在0.5～1.5 倍波動(dòng)，資源量則不斷增加；2002-2006 年距平值變化趨勢(shì)在0～1 間波動(dòng)，資源量則基本保持在0.5（圖3～圖4）。1995-1997 年P(guān)DO擴(kuò)大2 倍，資源量下降至原來(lái)的0.6；1997 年之后，PDO變化趨勢(shì)為0.1～2.23，資源量則基本保持在0.5（圖5～圖6）。綜合這些年份的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，PDO和SSTA值的變化對(duì)鮐魚(yú)資源量變動(dòng)的影響不明顯。

根據(jù)PDO和SSTA的滯后計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果可得：L（PDO滯后2 a 的2 月）=0.511 7；L（PDO滯后2 a 的3 月）=0.513 73；L（SSTA滯后1 a的12 月）=0.510 25;L（SSTA當(dāng)年的1 月）=0.510 94；L（SSTSG2-04）=0.77；L（SSTSG2-09）=0.77；L（SSTFG-04）=0.73。因此，根據(jù)文獻(xiàn)[11]選擇L＞0.6 的產(chǎn)卵場(chǎng)2 的4月、9 月海表面溫度、索餌場(chǎng)4 月的海表面溫度用于資源預(yù)測(cè)建模。

圖3 1973-2014 年間厄爾尼諾年資源量、漁獲量與SSTA 的變化趨勢(shì)圖

圖4 1973-2014 年間拉尼娜年資源量、漁獲量與SSTA 的變化趨勢(shì)圖

圖5 1995-2014 年間暖年資源量、漁獲量與PDO 的變化趨勢(shì)圖

圖6 1995-2014 年間冷年資源量、漁獲量與PDO 的變化趨勢(shì)圖

2.3 灰色模型預(yù)測(cè)資源量

根據(jù)2.2 節(jié)所選出的因子來(lái)建立模型（表4）。

表4 根據(jù)環(huán)境因子所建立的模型

各模型的2000-2014 年的資源量預(yù)測(cè)結(jié)果如表5 所示：模型1 相對(duì)殘差Q檢驗(yàn)結(jié)果最小為0.131，模型5 相對(duì)殘差Q檢驗(yàn)結(jié)果最大為0.177。包含一個(gè)環(huán)境因子的GM(1，2)模型，其相對(duì)殘差Q檢驗(yàn)結(jié)果均在0.13～0.14 之間。包含產(chǎn)卵場(chǎng)9 月海表面溫度的GM(1，N) 模型的相對(duì)殘差Q檢驗(yàn)結(jié)果較大。2000-2014 年間SSTSG2-04變化與資源量實(shí)際值、預(yù)測(cè)值的關(guān)系詳見(jiàn)圖7。

表5 各模型的預(yù)測(cè)結(jié)果

圖7 2000-2014 年間SST SG2-04 變化與資源量實(shí)際值、預(yù)測(cè)值關(guān)系圖

3 討論與分析

3.1 日本鮐對(duì)馬群系歷年資源量和漁獲量變化

對(duì)馬海域?yàn)槿毡觉T的主要產(chǎn)區(qū)，中國(guó)、韓國(guó)和日本的漁獲量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。日本鮐對(duì)馬群系的資源量和漁獲量在1987-2001 年間波動(dòng)較大（圖1），1996 年均達(dá)到峰值，其后資源量波動(dòng)變化但總體上低于1996 年以前的水平，漁獲量則稍低于達(dá)到峰波動(dòng)前的水平，趨于穩(wěn)定。從1996 年開(kāi)始，資源量的總體下降趨勢(shì)與親魚(yú)數(shù)量的減少有關(guān)，自1900年之后，捕撈日本鮐總數(shù)中0 歲和1 歲占比例較大，2 歲以上占比例較小[2]，但是鮐魚(yú)1 歲之后才開(kāi)始產(chǎn)卵，因此降低了種群繁殖能力。1990 年資源量驟減與當(dāng)時(shí)機(jī)輪圍網(wǎng)漁業(yè)規(guī)模較大、過(guò)度利用資源有關(guān)[12]。從1999 年開(kāi)始，燈光圍網(wǎng)漁業(yè)的大力發(fā)展以及在近海對(duì)幼魚(yú)資源的過(guò)早捕撈，使其資源水平出現(xiàn)二次衰退的跡象[12]。由于鮐魚(yú)的生長(zhǎng)周期不長(zhǎng)，并具有生長(zhǎng)迅速的特點(diǎn)，所以如保持一定的產(chǎn)卵群體，還是可以保持其產(chǎn)量的[13]。

3.2 灰色預(yù)測(cè)模型分析

灰色系統(tǒng)模型的檢驗(yàn)方法有很多種，常見(jiàn)的有后驗(yàn)差檢驗(yàn)、關(guān)聯(lián)度檢驗(yàn)、殘差檢驗(yàn)等，其中殘差檢驗(yàn)是一種較為客觀的檢驗(yàn)方法，所以本文所建模型采用殘差檢驗(yàn)方法。在灰色預(yù)測(cè)模型中，殘差檢驗(yàn)的結(jié)果小于0.35 即為精度較好的模型。從各個(gè)模型的相對(duì)殘差Q檢驗(yàn)結(jié)果均小于0.35 來(lái)看，GM（1，N）模型是預(yù)測(cè)其資源量的有效方法，但是這也與建立GM（1，N）模型時(shí)所選擇的因子有很重要的關(guān)系。從預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)看，加入SSTSG2-09因子后的模型的相對(duì)殘差Q檢驗(yàn)值比沒(méi)有加入SSTSG2-09因子的模型的相對(duì)殘差Q檢驗(yàn)值較大，但是只加入SSTSG2-09因子的GM（1，2）模型的相對(duì)殘差Q檢驗(yàn)值較小，原因可能是產(chǎn)卵洄游對(duì)于環(huán)境的要求更為嚴(yán)格[14]。日本鮐魚(yú)在位于南部的產(chǎn)卵場(chǎng)的產(chǎn)卵時(shí)間是1-4 月，9 月南下洄游越冬群體中成魚(yú)較多，溫度對(duì)成魚(yú)的影響與幼魚(yú)不同[15-17]，所以SSTSG2-09對(duì)鮐魚(yú)資源豐度的影響低于SSTSG2-04。只加入SSTSG2-04的GM（1，2）模型的殘差Q檢驗(yàn)結(jié)果最小，模型預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)也最最接近實(shí)際情況（圖6），原因是SSTSG2-04與資源量有較高的相關(guān)性，所以更能反映其資源豐度。此外，產(chǎn)卵場(chǎng)1 的4月海表面溫度與資源量的關(guān)聯(lián)度較低于產(chǎn)卵場(chǎng)2（表1），SSTSG2各月的值與資源量的關(guān)聯(lián)度均在0.7～0.77 之間，SSTSG1各月的值與資源量的關(guān)聯(lián)度均在0.6～0.7 之間，原因可能是日本對(duì)日本鮐對(duì)馬群系的資源量評(píng)估較低[3]，主要側(cè)重于日本海海域，而產(chǎn)卵場(chǎng)1 屬于近海的產(chǎn)卵場(chǎng)。3.3 各因子影響分析

日本鮐對(duì)馬群系產(chǎn)卵季節(jié)在1-6 月，產(chǎn)卵場(chǎng)的緯度不同，產(chǎn)卵時(shí)間有所不同[18]。本次研究選取了兩個(gè)產(chǎn)卵場(chǎng)，分為緯度較低的產(chǎn)卵場(chǎng)1（26°～31° N，122°～127° E）與緯度較高的產(chǎn)卵場(chǎng)2（30°～35° N，128°～131° E）。有研究[18]稱(chēng)，日本鮐主要選擇短距離洄游，東海、黃海海域與日本海海域都有其對(duì)應(yīng)的產(chǎn)卵場(chǎng)和索餌場(chǎng)。李日嵩等[5]發(fā)現(xiàn)，在鮐魚(yú)產(chǎn)卵后的15～40 d（4 月）這個(gè)時(shí)間段的水溫等物理環(huán)境是影響其最終補(bǔ)充量的關(guān)鍵動(dòng)力學(xué)因素，該期間仔幼魚(yú)所處的平均水溫往往低于最適合水溫，也是此階段的仔幼魚(yú)生存的最佳溫度。呂為群等[19]研究發(fā)現(xiàn)，魚(yú)類(lèi)發(fā)育時(shí)期的溫度會(huì)影響其成年后的生長(zhǎng)及繁殖狀況，低溫發(fā)育會(huì)使繁殖力下降，高溫發(fā)育會(huì)使其生長(zhǎng)速率降低。產(chǎn)卵場(chǎng)2 的4 月的溫度接近仔幼魚(yú)生長(zhǎng)最適溫度20 ℃，而且日本鮐在這里的產(chǎn)卵時(shí)間是1-4 月，用其作為建立GM（1，2）模型的因子結(jié)果最優(yōu)，所以模型因子選擇SSTSG2符合實(shí)際情況。

4 結(jié)論

（1）對(duì)日本鮐對(duì)馬群系的資源量預(yù)測(cè)結(jié)果與事實(shí)情況較為接近，這是因?yàn)楫a(chǎn)卵場(chǎng)的選擇符合實(shí)際情況，而產(chǎn)卵場(chǎng)溫度這一環(huán)境因子又是直接影響其補(bǔ)充群體正常發(fā)育生長(zhǎng)的重要環(huán)境因素。漁業(yè)資源的變動(dòng)受到資源本身、捕撈行為、環(huán)境和氣候等多方面的影響[20]，日本鮐對(duì)馬群系在日本島海域和東海、黃海都有產(chǎn)卵場(chǎng)分布，屬于洄游性魚(yú)類(lèi)，常集群進(jìn)行繁殖、索餌和越冬洄游[21]。由于日本鮐不同群體進(jìn)行產(chǎn)卵和索餌的地理位置不同，研究其各個(gè)產(chǎn)卵場(chǎng)和索餌場(chǎng)溫度變化對(duì)于其資源量變動(dòng)的較大影響，對(duì)于其資源量預(yù)測(cè)有重要意義。

（2）灰色理論和建立的GM（1，N）模型適用于漁業(yè)研究。在本文中，將依據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度和相關(guān)分析選取的SSTSG-04，SSTSG-09和SSTFG-04作為建立日本鮐對(duì)馬群系資源量預(yù)測(cè)模型的因子。根據(jù)模型分析結(jié)果得出，基于SSTSG-04所建立的GM（1，2）模型是最優(yōu)模型。

（3）本文雖然分析了SSTA 和PDO 與鮐魚(yú)資源量的關(guān)系，但在建模過(guò)程中并沒(méi)有涉及，主要是因?yàn)槔?、暖年和不同?qiáng)度的厄爾尼諾、拉尼娜事件對(duì)鮐魚(yú)資源的影響不同[22-24]。在以后的研究中，應(yīng)分別研究其與資源量的具體對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用更多的多元統(tǒng)計(jì)法[25]建立更精確的預(yù)測(cè)模型，為日本鮐魚(yú)的資源預(yù)測(cè)和科學(xué)管理提供更好的理論依據(jù)。