南海外海鳶烏賊漁場范圍與海洋環(huán)境的關系

周艷波，謝恩閣，吳洽兒*，馮菲

(1.中國水產(chǎn)科學研究院南海水產(chǎn)研究所，廣東 廣州 510300；2.上海海洋大學 海洋科學學院，上海 201306；3.農(nóng)業(yè)部外海漁業(yè)開發(fā)重點實驗室，廣東 廣州 510300)

1 引言

鳶烏賊(Sthenoteuthis oualaniensis)是一種暖水大洋性頭足類，廣泛分布在南海外海海域，其具有生長周期短、資源儲量大等特點[1-3]。據(jù)中國水產(chǎn)科學研究院南海水產(chǎn)研究所調查評估顯示，2014?2017 年南海鳶烏賊年可捕量在400 萬t 以上，2018 年年可捕撈量超過500 萬t[4]。目前我國鳶烏賊年捕撈量僅10 萬t，明顯處于未開發(fā)狀態(tài)，開發(fā)潛力巨大。因此，科學開發(fā)南海外海鳶烏賊資源是確保我國水產(chǎn)高蛋白有效供給、漁民持續(xù)穩(wěn)定增收、我國近海生態(tài)安全和漁區(qū)社會穩(wěn)定的有效措施。

由于鳶烏賊的棲息地分布和產(chǎn)量受到海表面溫度(Sea Surface Temperature,SST)、海表面高度(Sea Surface Height,SSH)及海表面葉綠素a(Sea Surface Chlorophylla,Chla)濃度等海洋環(huán)境因子影響較大[5]，因此，加強棲息地因子對鳶烏賊漁場的影響研究至關重要。范江濤等[1]和余景等[3]利用不同衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對中沙、西沙以及南沙海域鳶烏賊資源量變化和單變量海洋環(huán)境因子的關系進行研究分析；招春旭[6]利用貝葉斯概率模型和分類樹模型對南海鳶烏賊漁場時空分布進行研究；徐紅云[2]和范江濤等[7]利用鳶烏賊漁業(yè)數(shù)據(jù)和海洋環(huán)境數(shù)據(jù)建立基于環(huán)境因子的棲息地適應性指數(shù)模型，表明了鳶烏賊的資源豐度和海洋環(huán)境因子之間的聯(lián)系。目前，學者大多數(shù)采用單個因子證實了鳶烏賊漁場范圍與環(huán)境因子的相關性，但對鳶烏賊中心漁場的時空分布規(guī)律與多個環(huán)境因子以及兩者之間的表征關系尚缺乏研究。本文利用2013?2018年北海市燈光罩網(wǎng)漁船在南海作業(yè)時的北斗船位數(shù)據(jù)、鳶烏賊生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及海洋環(huán)境因子數(shù)據(jù)(SST、SSH 和Chla濃度)，確定鳶烏賊中心漁場位置，建立各月鳶烏賊中心漁場與海洋環(huán)境因子的聯(lián)系，為開展南海外海的鳶烏賊漁場的預測以及預報系統(tǒng)的建立及研究提供參考。

2 材料和方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

（1）漁業(yè)數(shù)據(jù)來源于廣西壯族自治區(qū)北海市9 艘燈光罩網(wǎng)漁船2013?2018 年在南海的鳶烏賊生產(chǎn)數(shù)據(jù)，其主要信息為船名、船長、主機功率、燈光總功率、作業(yè)日期、作業(yè)漁區(qū)、經(jīng)度、緯度、作業(yè)時長、日產(chǎn)量等。

（2）本文選用的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)包括：SST、SSH、Chla濃度。其中，SST、Chla濃度數(shù)據(jù)來自美國NASA網(wǎng)站MODIS Aqua 衛(wèi)星傳感器數(shù)據(jù)(https://oceandata.sci.gsfc.nasa.gov/)，時間分辨率為月，空間分辨率為4 km；SSH 數(shù)據(jù)來自CMEMS 網(wǎng)站Global Ocean Physical Reanalysis Product 數(shù)據(jù)（http://marine.copernicus.eu），時間分辨率為月，空間分辨率為1°×1°。

2.2 生產(chǎn)數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)的匹配

單位捕撈努力量漁獲量（Catch Per Unit Effort，CPUE）定義為每艘船每天的捕撈產(chǎn)量，第i年、l月、k經(jīng)度、j緯度對應的平均CPUE 值，其表達式如下：

SST 計算如下：

式中，SSTi,l,k,j為i年、l月、j緯度、k經(jīng)度漁區(qū)內(nèi)的平均SST；SSTx為i年、l月、j緯度、k經(jīng)度中的某個SST 數(shù)據(jù)[9]。

Chla濃度計算如下：

式中，Chlai,l,k,j為i年、l月、j緯度、k經(jīng)度漁區(qū)內(nèi)的平均Chla濃度；Chlax為i年、l月、j緯度、k經(jīng)度中的某個Chla濃度。

本研究的漁業(yè)數(shù)據(jù)CPUE 值按漁區(qū)（0.5°×0.5°）統(tǒng)計，且表征資源豐度指數(shù)，但SST、SSH、Chla濃度環(huán)境數(shù)據(jù)的空間分辨率與漁區(qū)范圍不一致，因此需要將環(huán)境因子數(shù)據(jù)的空間分辨率進行轉化。其中SST 和Chla濃度數(shù)據(jù)空間分辨率較高，本文采用數(shù)理統(tǒng)計方法按月計算每個漁區(qū)（0.5°×0.5°）的平均值；SSH 數(shù)據(jù)空間分辨率較低，采用ArcGIS 10.5 中Kriging 插值法[10]將其空間分辨率由1°×1°轉化為0.5°×0.5°（1 個漁區(qū)），最終使?jié)O業(yè)數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)的空間分辨率保持一致。最后利用 Matlab 軟件按相同的時空分辨率將CPUE 數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)進行匹配。

2.3 漁場重心計算

南海鳶烏賊資源豐度具有一定的時空分布特征，本研究利用數(shù)理統(tǒng)計方法分析鳶烏賊資源的時空分布變化。通過計算每月鳶烏賊漁場重心，反映漁場重心月時空分布變化情況。漁場重心計算公式為[11-12]

式中，X、Y分別表示每月南海外海鳶烏賊漁場重心經(jīng)度和緯度；Ci為i漁區(qū)的CPUE 值；Xi、Yi分別為i漁區(qū)的中心的經(jīng)度和緯度；K為每個月內(nèi)漁區(qū)的總個數(shù)。

2.4 漁場分布與海洋環(huán)境因子的關系

根據(jù)鳶烏賊CPUE 和SST、SSH、Chla濃度3 個海洋環(huán)境因子數(shù)據(jù)，通過計算各月CPUE值的大小與SST、SSH、Chla濃度的分布關系，可以得出鳶烏賊中心漁場形成的最適宜海洋環(huán)境因子的范圍。并根據(jù)K-S（Kolmogorov-Smirnov）進行顯著性檢驗[13-15]，公式如下：

式中，n為樣本個數(shù)；t為分組環(huán)境因子數(shù)值（其中SST值以0.5℃為組距，SSH 值以1 cm 為組距以及Chla濃度以0.02 mg/m3為組距）；Xi為第i個月各環(huán)境因子觀察；yi為第i個月的CPUE 值；為各月的平均CPUE 值。

3 結果與分析

3.1 鳶烏賊資源豐度的年時空變化

圖1 南海外海鳶烏賊資源豐度空間年際變化(2013?2018 年)Fig.1 Yearly spatial change of abundance of Sthenoteuthis oualaniensis in the open South China Sea (2013?2018)

2013?2018 年南海鳶烏賊漁場范圍具有明顯擴大和集中趨勢（圖1）。2013 年鳶烏賊漁場范圍相對較小，分布范圍集中在12°N 以南的南沙海域，總體作業(yè)范圍相對較小；2013 年之后，鳶烏賊漁場范圍逐漸擴大，開始向中北部漁場擴散。其中，2014?2016 年作業(yè)范圍較廣，涉及整個南海外海海域；2017?2018 年作業(yè)范圍集中在中北部漁場（10°N 以北），其作業(yè)范圍較為集中。不同年份的鳶烏賊資源豐度在不同海域也存在一定的變化，但總體變化較小。鳶烏賊資源豐度總體具有波動增加趨勢，2013?2015 年CPUE 呈增加趨勢，2015 年達到頂峰，CPUE 為2 663 kg/d，之后CPUE 呈下降趨勢，2017 年CPUE 值降至最低，為1 859 kg/d，2018 年CPUE 再 次 增 加，為2 250 kg/d。2013?2018 年南部漁場（10°N 以南）的CPUE 在2015年達到頂峰，之后逐年降低，2018 年CPUE 數(shù)據(jù)為空值；中部漁場（10°～15°N）在2013?2018 年內(nèi)CPUE 總體趨于穩(wěn)定；北部漁場（15°N 以北）資源最為豐富，除了2013 年沒有數(shù)據(jù)之外，其他年份其CPUE 值在3 個漁場中最高，同樣在2015 年CPUE 達到頂峰。

3.2 鳶烏賊漁場重心分布

圖2 2013?2018 年1?12 月南海外海鳶烏賊漁場重心變化Fig.2 Changes of fishing ground center of Sthenoteuthis oualaniensis in the open South Sea from January to December in 2013?2018

在1 年內(nèi)，南海外海鳶烏賊漁場月重心位置存在明顯的由南向北再向南的變化軌跡（圖2）。其中，1 月鳶烏賊漁場重心主要分布在南沙海域一帶，漁場重心在9.6°N，110.4° E；2?5 月份漁場重心開始大幅度向東北方向移動，平均漁場重心在12.4°N，112.8°E；6?8 月份漁場重心向南海南部方向轉移，位置變化幅度相對較小，平均漁場重心在11.1°N，113.4°E；9?11月份漁場重心除了大幅度向南海北部方向移動之外，漁場重心也開始向陸地方向偏移，漁場重心在16.6°N，112.1°E；12 月至翌年1 月漁場重心有向南移動趨勢，重心位置在12.8°N，111°E。

3.3 鳶烏賊資源月時空分布與海洋環(huán)境因子的關系

我國南海鳶烏賊全年均有作業(yè)，但各個月份的資源豐度、分布位置存在明顯的季節(jié)性差異。如表1 和圖3 所示，1?12 月鳶烏賊漁場的SST、SSH、Chla濃度總體比較適宜的作業(yè)范圍為：25～31℃、46～80 cm、0.05～0.27 mg/m3。其中，2?5 月，南海 鳶烏賊CPUE值最高、作業(yè)范圍最廣，平均CPUE 為3 114.69 kg/d，主要分布在9.5°～17.5°N 南海外海海域，適宜SST、SSH、Chla濃 度 分 別 為25.5～31℃、46～80 cm、0.05～0.2 mg/m3；6?8 月，CPUE 明 顯 下 降，平 均CPUE 為1 915.36 kg/d，其作業(yè)范圍主要在12°N 以南南沙海域，適宜SST、SSH、Chla濃度分別為27.5～31℃、58～78 cm、0.05～0.25 mg/m3；9?11 月，CPUE 值保持較高水平，平均 CPUE 為 2 702.5 kg/d，其 作 業(yè) 范 圍 主 要 在10°～17.5°N 中北部海域，作業(yè)漁場逐漸北移，其適宜SST、SSH、Chla濃度分別為27.5～29.5℃、54～76 cm、0.1～0.2 mg/m3；12 月 至翌 年1 月，資 源 變 化 變 動 較小，平均CPUE 為2 435.07 kg/d，但作業(yè)范圍有所擴大，除了在中西沙海域作業(yè)之外，部分漁船也在12°N 以南南沙海域作業(yè)，作業(yè)范圍有南移趨勢，其適宜的SST、SSH、Chla濃度范圍分別為25～28.5℃、62～72 cm、0.12～0.27 mg/m3。

3.4 K-S 檢驗結果

通過 將2013?2018 年1?12 月份CPUE 值與海洋環(huán)境因子的關系進行K-S 檢驗，檢驗結果如表2 所示，p＞0.05 表明CPUE 值和海洋環(huán)境因子二者之間沒有顯著性差異，即在各月海洋環(huán)境因子適宜條件下，CPUE 值呈現(xiàn)正態(tài)分布。因此，本研究中1?12 月生產(chǎn)漁區(qū)和各環(huán)境因子的范圍是適宜的，即各月適宜SST、SSH、Chla濃度范圍可以有效地表征鳶烏賊資源密度和漁場分布。

4 討論

4.1 南海鳶烏賊CPUE 時空變化

2013 年南海鳶烏賊的資源豐度相對較小，其作業(yè)范圍僅集中在12°N 以南南沙海域（圖1）。因為2013年以前，南沙漁業(yè)生產(chǎn)專項補助促使?jié)O民外出作業(yè)，但由于漁情預報技術和捕撈技術的落后，鳶烏賊產(chǎn)量較低；2014 年以后，隨著國家政策的調整、捕撈技術的進步和部分升級改造漁船陸續(xù)下水，2014?2015年南海外海作業(yè)漁船逐步增多，作業(yè)范圍不斷擴大，一部分漁船在中沙、西沙及南海外海海域作業(yè)，鳶烏賊CPUE 增加；2016?2017 年，至南海外海作業(yè)漁船數(shù)量劇增，鳶烏賊CPUE 下降；2018 年至南海外海作業(yè)的漁船數(shù)量有所下降，且隨著南海漁情海況的發(fā)展，漁民開始可以較為準確的掌握一些漁場，因此鳶烏賊CPUE 回暖。各月份之間CPUE 值具有較大差異，這主要和鳶烏賊生活習性以及燈光罩網(wǎng)漁船作業(yè)特點有關。相關研究表明[1,16-17]，鳶烏賊為1 年生群體，資源量由大至小依次為春季、夏秋季、冬季，季節(jié)性變化較大，漁汛主要集中在2?6 月；此外，燈光罩網(wǎng)漁船作業(yè)特點為，在海面風速達到7 級以上，作業(yè)較為危險，秋冬季受季風影響，風速較大，因此，作業(yè)時間主要集中在春夏兩季，秋冬季較少[6]。綜上所述，CPUE時空變化受漁業(yè)生產(chǎn)影響大，難以全面反映南海鳶烏賊的資源時空變動，系統(tǒng)性的資源調查有待加強。

表1 2013?2018 年1?12 月南海外海鳶烏賊資源豐度分布和海洋環(huán)境因子關系Table 1 Relationship between the abundance distribution of Sthenoteuthis oualaniensis in the open South China Sea and marine environmental factors from January to December in 2013?2018

4.2 南海鳶烏賊漁場月重心

鳶烏賊漁場月重心具有由南向北循環(huán)移動的規(guī)律（圖2），這可能與南海的休漁制度、海洋環(huán)境及鳶烏賊的生活習性有一定的關系。由于鳶烏賊屬于暖水性大洋性頭足類，對溫度極其敏感[1,18]，因此其洄游路徑和海水溫度緊密相關。2?5 月鳶烏賊主要分布在9.5°～17.5°N（表1），是我國重要的中沙、西沙和南沙漁場，因為南海受春季東南季風和夏季西南季風的影響，產(chǎn)生較強的上升流區(qū)域，進而使南海海表面高度變化較大，形成的流場鋒面、渦旋攜帶豐富的營養(yǎng)物質，為鳶烏賊提供充足的餌料，誘使鳶烏賊聚集，形成豐富的漁場[3,19]；6?8 月南海鳶烏賊漁場重心變化不大，因為6?8 月南海12°N 以北漁場為休漁區(qū)[2,6]，漁場重心在12°N 以南；9?11 月漁場重心迅速北移，有以下兩個因素造成：（1）南海休漁期結束，北部海域允許作業(yè)；（2）受南海外海季風影響，南部海域漁場風浪較大，不適宜燈光罩網(wǎng)漁船作業(yè)。

4.3 CPUE 變化和棲息地因子的關系

圖3 南海外海鳶烏賊資源豐度空間月變化(1?12 月)Fig.3 Monthly spatial change of abundance of Sthenoteuthis oualaniensis in the open South China Sea (January to December)

表2 K-S 檢驗統(tǒng)計Table 2 The statistic table of Kolmogorov-Smirnov test

本研究結果顯示，SST、SSH、Chla濃度對鳶烏賊漁場范圍影響較大，根據(jù)環(huán)境因子的適宜范圍可以較好地判別鳶烏賊的漁場范圍分布。徐紅云[2]認為，南海鳶烏賊中心漁場最適宜SST 范圍在26.4～29.6℃之間；晏磊等[20]研究表明，鳶烏賊的溫度適宜性范圍隨季節(jié)不同會有所變化，春季最適SST 為25.6～29.6℃，秋季為27.6～30℃；范江濤等[1]研究結果同樣認為鳶烏賊的溫度適宜性范圍隨季節(jié)變化有所不同；余景等[3]認為，南海鳶烏賊在SST 為27～28℃ 時資源量達到最大值。本文研究結果認為，當SST 范圍在25～31℃之間，鳶烏賊資源較為豐富。研究結果顯示，SST 適宜范圍與以往研究相比范圍較廣，分析其原因，這可能是由于燈光罩網(wǎng)漁船在不同季節(jié)和不同海域作業(yè)的差異引起的，我國燈光罩網(wǎng)漁船在南海海域全年均有作業(yè)，作業(yè)海域涉及南海外海整個漁場，因此其SST分布范圍較廣。海面高度作為反映海水流向和海流狀況的物理量，海水的涌合有利于海水的輻散或者上升，導致使底層豐富的營養(yǎng)物質、餌料等不斷向上補充，進而促進中上層魚類的生長、繁殖[21-22]。南海由于常年受季風氣候以及熱帶氣旋影響，產(chǎn)生較強的上升流區(qū)域[23]，海表面高度變化較大，易形成流場鋒面、渦旋，從而攜帶大量的營養(yǎng)物質，形成漁場。范江濤等[7]對2014 年中西沙海域鳶烏賊漁場進行分析，認為最適宜的SSH 范圍為90～110 cm，本研究結果顯示，鳶烏賊SSH 適宜性范圍在46～80 cm（表1），結果較為接近。主要原因為，雖然其與本研究的中西沙海域較為接近，但生產(chǎn)數(shù)據(jù)的時間尺度和漁場范圍均存在一定的差異。葉綠素a濃度表征海洋生產(chǎn)力，用于表征浮游動植物的生物量[24-26]。余景等[3]認為，中西沙鳶烏賊漁場的Chla濃度適宜性范圍為0.1～0.13 mg/m3；招春旭[6]認為，南海中南部以及南沙海域鳶烏賊的漁場Chla濃度適宜性范圍為0.05～0.10 mg/m3。本研究結果顯示，鳶烏賊漁場的Chla濃度適宜性范圍為0.05～0.27 mg/m3（表1）。因本研究區(qū)域包括了中西沙海域以及南沙海域，所以Chla濃度適宜性范圍相對較大。

通過分析各月份SST、SSH、Chla濃度的適宜范圍，可以有效地表征鳶烏賊資源密度和漁場分布，在未來漁情預報研究中，綜合應用SST、SSH、Chla濃度等海洋環(huán)境因子，可提前預估鳶烏賊中心漁場位置，指導漁業(yè)生產(chǎn)。