西北太平洋鮐魚漁場的時空分布及其與海表溫度和葉綠素濃度的關(guān)系

崔國辰朱文斌戴乾李哲盧占暉劉連為朱海晨

(1.浙江海洋大學(xué)海洋與漁業(yè)研究所 舟山 316021;2.浙江省海洋水產(chǎn)研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部重點漁場漁業(yè)資源科學(xué)觀測實驗站浙江省海洋漁業(yè)資源可持續(xù)利用技術(shù)研究重點實驗室 舟山 316021)

0 引言

鮐魚(Scomber japonicus)屬中上層暖水性魚類,廣泛分布于西北太平洋[1]。鮐魚產(chǎn)量的年際波動較大:我國鮐魚產(chǎn)量自20 世紀(jì)80 年代初期的5萬t增至2018年的43萬t[2-3];北太平洋鮐魚產(chǎn)量從1996年的160萬t降至2002年的87萬t,并在2008年反彈至140萬t[4]。鮐魚以蝦類和橈足類生物為食并為大眼金槍魚(Thunnus obesus)等魚類提供食物[5-6],在海洋生態(tài)系統(tǒng)中具有重要地位。

目前針對西北太平洋鮐魚分布與環(huán)境關(guān)系的研究數(shù)據(jù)均較早,而基于近年數(shù)據(jù)的研究報道較少。Кундиус等[7]提出親潮和黑潮交匯形成的流隔對于鮐魚的移動具有限制作用,因此魚群常集中于黑潮暖流一側(cè);沈惠民等[8]根據(jù)1973—1981年的統(tǒng)計資料,提出鮐魚在水溫變動較小的年份獲得高產(chǎn);武勝男等[9]基于1987—2012年的漁業(yè)數(shù)據(jù)建立鮐魚預(yù)報模型,發(fā)現(xiàn)與“厄爾尼諾”和南方濤動現(xiàn)象相比,太平洋年代際振蕩和北極濤動對鮐魚的影響更為劇烈。由于西北太平洋氣候變動的周期較短[10],結(jié)合近年相關(guān)數(shù)據(jù)對該海域鮐魚進(jìn)行研究更有助于了解最新的資源狀況。

本研究基于2017年西北太平洋燈光敷網(wǎng)漁撈日志和同期海洋環(huán)境衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),分析該海域鮐魚漁場的時空分布及其與環(huán)境因子的關(guān)系,為我國可持續(xù)開發(fā)利用遠(yuǎn)洋漁業(yè)資源提供思路和依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源

本研究的漁業(yè)數(shù)據(jù)來源于2017年浙江欣海遠(yuǎn)洋漁業(yè)有限公司的“欣海1205”號和“欣海1227”號2艘漁船的漁撈日志,包括作業(yè)日期、作業(yè)位置(圖1)、投網(wǎng)次數(shù)、捕撈產(chǎn)量和分品種產(chǎn)量等內(nèi)容?！靶篮?205”號長為50.95 m、寬為8.30 m,主機(jī)功率為1 155 kW;“欣海1227”號長為50.60 m、寬為8.00 m,主機(jī)功率為1 104 kW。由于2艘漁船的網(wǎng)具主尺寸同為220 m×245 m,將其漁業(yè)數(shù)據(jù)合并處理。

圖1 西北太平洋鮐魚作業(yè)漁場

海洋環(huán)境數(shù)據(jù)來源于美國的Ocean Data(https://oceandata.sci.gsfc.nasa.gov),時間分辨率為月,空間分辨率為9 km。

2 研究方法

2.1 產(chǎn)量重心

以產(chǎn)量重心的變化反映漁場的變化,計算公式為[11]:

式中:X和Y分別表示產(chǎn)量重心的經(jīng)度和緯度;Ci表示第i次作業(yè)的產(chǎn)量;Xi和Yi分別表示第i次作業(yè)的經(jīng)度和緯度;j表示作業(yè)次數(shù)。

2.2 單位捕撈努力量漁獲量(CPUE)

將產(chǎn)量數(shù)據(jù)按照0.5°×0.5°劃分單元格,以便于數(shù)據(jù)疊加。利用名義CPUE 反映產(chǎn)量[12],計算公式為:

式中:Ci表示單元格內(nèi)第i天的產(chǎn)量;n表示每個月的作業(yè)天數(shù)。

以四分位數(shù)為節(jié)點,將各單元格的CPUE 劃分為不同級別。由于作業(yè)漁場的葉綠素濃度差異并不明顯,須進(jìn)行對數(shù)變換。

2.3 環(huán)境因子對CPUE的影響

建立以CPUE 為非獨立變量,以海表溫度(SST)、葉綠素a濃度(Chl-a)、經(jīng)度(Lon)和緯度(Lat)為解釋變量的GAM 模型:

式中:ε表示誤差項;S表示自然立方樣條平滑。

利用P值和F值檢驗影響因子的重要性:F值越大,因子越重要;P值越小,結(jié)果越顯著[13]。將GAM 模型上下95%的置信區(qū)間虛實線最接近的部分定義為作業(yè)漁場的最適宜環(huán)境范圍[14]。

本研究采用SPSS 21.0軟件計算CPUE四分位數(shù),采用Excel 2016 軟件計算產(chǎn)量重心,采用Arcgis 10.2軟件繪制作業(yè)漁場和環(huán)境因素圖,采用R 語言分析GAM 模型,采用Auto CAD 2019軟件繪制產(chǎn)量重心分布圖。

3 研究結(jié)果

3.1 產(chǎn)量和CPUE

2017年西北太平洋鮐魚產(chǎn)量和CPUE 的波動較為明顯(圖2)。

由圖2可以看出:鮐魚產(chǎn)量隨季節(jié)更替而變化,呈先上升再下降的趨勢,其中7月最高(662.58 t),12月最低(46 t);CPUE的范圍為5.76～13.13 t/d,其中9月最高,5月最低,7-10月均超過10 t/d。

圖2 產(chǎn)量和CPUE

3.2 產(chǎn)量重心

2017年西北太平洋鮐魚產(chǎn)量重心的月際變化較明顯(圖3)。

圖3 產(chǎn)量重心

由圖3可以看出,產(chǎn)量重心先向NE 方向推進(jìn),自9月向SW 方向折回。經(jīng)度方向產(chǎn)量重心的分布范圍為146°-155°E,其中4-9月向E 方向推進(jìn),9-12月向W 方向折回,7-10月的距離較近,4月與9月的距離最遠(yuǎn);緯度方向產(chǎn)量重心的分布范圍為36°-44°N,其中4-9 月向N方向推進(jìn),9-12月向S方向折回,4月與9月的距離最遠(yuǎn)。

由于7-10 月的產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的74%(圖2),以此階段的產(chǎn)量重心位置代表作業(yè)漁場位置。

3.3 SST和Chl-a

由于作業(yè)漁場大多位于海洋鋒帶附近海域,SST 的時空分布存在差異,即在時間上呈先上升再下降的趨勢,在空間上低緯度高于高緯度。作業(yè)漁場SST 的范圍為:4 月為9.8℃～12.7℃,5 月為10.2℃～15.2℃,6 月為10.4℃～15.0℃,7 月為14.3℃～17.2℃,8 月為16.7℃～19.2℃,9 月為12.5℃～14.8℃,10 月為13.3℃～16.7℃,11 月為11.7℃～13.7℃,12月為9.4℃～13.4℃。

作業(yè)漁場Chl-a高值的空間分布呈經(jīng)向特征,且西部海域比東部海域高。在空間上全年CPUE 隨Chl-a高值區(qū)的經(jīng)向變動而東、西移動,作業(yè)漁場常集中于Chl-a高值區(qū)的外圍。作業(yè)漁場Chl-a的范圍為:4 月為0.36～0.57 mg/m3,5 月 為0.36～0.69 mg/m3,6月為0.44～0.77 mg/m3,7月為0.43～0.80 mg/m3,8月為0.50～0.82 mg/m3,9月為0.61～1.04 mg/m3,10 月為0.80～1.25 mg/m3,11 月 為0.38～0.57 mg/m3,12月為0.38～0.59 mg/m3。

綜上所述,作業(yè)漁場7 月的產(chǎn)量最高,8 月的SST 最高,9月的CPUE最高,10月的Chl-a最高。

3.4 GAM 模型

根據(jù)GAM 模型的分析結(jié)果,作業(yè)漁場最適宜的SST 范圍為14℃～16℃,最適宜的Chl-a范圍為0.4～1.0 mg/m3,緯度集中分布于42°-44°N,經(jīng)度集中分布于152°-154°E。

根據(jù)GAM 模型的檢驗結(jié)果(表1),各影響因子在CPUE上的回歸均不顯著(P＞0.05)。

表1 各影響因子與CPUE的GAM 模型檢驗

4 討論

4.1 產(chǎn)量和CPUE的月際變化

鮐魚產(chǎn)量于4-7月持續(xù)增加。一方面,作業(yè)天數(shù)延長,其中7月的作業(yè)天數(shù)長達(dá)59 d,而產(chǎn)量基本與作業(yè)天數(shù)呈正相關(guān)(圖4);另一方面,太平洋的鮐魚于4-6月產(chǎn)卵,后向NE 方向洄游育肥[15],期間個體不停生長,同時補(bǔ)充群體持續(xù)加入。10月后鮐魚產(chǎn)量大幅下降,可能是不同海域的資源量存在差異,因為漁船7-10 月在43°N 附近海域作業(yè),而11-12月在40°N 附近海域作業(yè)。

圖4 作業(yè)天數(shù)

CPUE于4-5 月較低,而7-10 月均超過10 t/d。漁船于春季從國內(nèi)駛向北太平洋,沿途進(jìn)行捕撈作業(yè),并未到達(dá)真正的魚群聚集地[14];8-10月北太平洋鮐魚處于索餌洄游期[16],魚群分布集中,與其他月份相比漁船尋找魚群花費時間減少,捕撈效率有所提高;9-10月的CPUE較高可能與鮐魚的生長有關(guān),莊之棟等[16]對北太平洋鮐魚的生物學(xué)研究表明,鮐魚經(jīng)過一段時間的生長于9-10月最為肥壯。

4.2 SST對西北太平洋鮐魚漁場的影響

西北太平洋鮐魚的產(chǎn)量重心于4-9月由SW方向NE 方向移動,并于9-12 月折回SW 方向。王良明等[15]發(fā)現(xiàn)太平洋鮐魚大多于4-6月產(chǎn)卵,產(chǎn)卵時魚群會隨黑潮暖流向N 方向移動[8]。除海流作用外,SST 對鮐魚分布也存在影響[17]。本研究結(jié)果表明,鮐魚的產(chǎn)量重心集中分布于14℃～16℃海域,在適宜的溫度范圍內(nèi)鮐魚產(chǎn)量隨溫度升高而增加,反之則減少[18]。鮐魚產(chǎn)卵也受水溫的影響,隨著水溫的升高,鮐魚性腺的發(fā)育速度加快[19],故在洄游過程中魚群會不斷改變方向以尋找適宜的水溫。7-9 月魚群逐漸成熟且游泳能力增強(qiáng)[20],此時低緯度海域的水溫超出鮐魚的適溫范圍,故魚群移動至水溫較低的高緯度海域。

魚群大多集中于海洋鋒帶附近海域,這是因為黑潮暖流與親潮寒流交匯并在鋒面處形成潮隔,限制鮐魚向潮隔外游動,鮐魚即交匯在黑潮暖流一側(cè)而形成集群[8],且鮐魚漁場的位置會隨黑潮和親潮水系的強(qiáng)弱而發(fā)生變化,這與已有研究成果[18]相符合。

4.3 Chl-a對西北太平洋鮐魚漁場的影響

作為表征浮游生物含量的物理量,葉綠素濃度常被用于預(yù)測漁場位置[21-24]。作業(yè)漁場的Chl-a于4-10月上升并于10-12月下降,而鮐魚產(chǎn)量于4-7月增加并于7-12月減少,表明Chl-a與鮐魚產(chǎn)量無明顯關(guān)系。楊勝龍等[25]提出阿拉伯海的鮐魚圍拖網(wǎng)作業(yè)漁區(qū)始終分布在靠近Chl-a最高值的外圍;李綱等[18]提出Chl-a并不是鮐魚漁場形成的主要原因;宋利明等[26]認(rèn)為Chl-a 對于鮐魚的CPUE無顯著影響,原因是除Chl-a外,鹽度和海流等因素也會影響浮游生物的生物量。

本研究結(jié)果表明Chl-a對漁場分布無顯著影響,可能與鮐魚的攝食對象有關(guān)。鮐魚主要以蝦類為食[5],張省宇[27]發(fā)現(xiàn)馬達(dá)加斯加海域?qū)ξr的CPUE在Chl-a各范圍內(nèi)無顯著差別,陳佳杰等[28]認(rèn)為長江口海域磷蝦類的豐度主要受溫度影響且其平面分布與鹽度有關(guān)。

5 結(jié)語

受作業(yè)條件等的限制,本研究的漁業(yè)數(shù)據(jù)不夠充足,未來將開展多年際監(jiān)測、增加漁船數(shù)量并對鮐魚進(jìn)行生物學(xué)測定,從而詳細(xì)掌握西北太平洋鮐魚魚汛及其變動情況,更好地為我國遠(yuǎn)洋捕撈漁業(yè)的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。