中國近海三種重要漁業(yè)資源的生物學(xué)參考點評估?

張清清， 劉 群

(中國海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院， 山東 青島266003)

總可捕量(Total allowable catch, TAC)制度是當(dāng)前國際漁業(yè)資源管理的重要方法?！吨腥A人民共和國漁業(yè)法》也已明確提出了實施限額捕撈制度的要求，而科學(xué)計算總可捕量是實行捕撈限額制度的必要條件[1-4]。由于數(shù)據(jù)有限，中國漁業(yè)的最大可持續(xù)產(chǎn)量(Maximum sustainable yield, MSY)和TAC通常較難獲得，再加上執(zhí)行和管理難以落實到位等社會因素的制約，TAC制度在中國實施困難較大[2]。因此，尋找合適的方法來估算中國漁業(yè)的MSY和TAC具有重要意義。世界上超過90%的魚類種群是數(shù)據(jù)有限(Data-limited)的，缺乏足夠的數(shù)據(jù)來實施傳統(tǒng)的漁業(yè)資源評估[5-6]。近年來，關(guān)于數(shù)據(jù)有限評估方法(Data-limited methods)的研究越來越多[7-9]。目前國際上使用較多的數(shù)據(jù)有限評估方法主要分為基于產(chǎn)量的模型和基于體長數(shù)據(jù)的模型[9]。

由于缺乏漁業(yè)種群的年齡、體長結(jié)構(gòu)等生物學(xué)資料，本文采用剩余產(chǎn)量模型和基于產(chǎn)量的數(shù)據(jù)有限方法的貝葉斯Schaefer剩余產(chǎn)量模型(BSM)和蒙特卡洛MSY估算模型(CMSY)對中國近海三種產(chǎn)量較高的重要漁業(yè)，即黃渤海鳀魚(Engraulisjaponicus)、東海帶魚(Trichiuruslepturus)和南海金線魚(Nemipterusvirgatus)，進(jìn)行了漁業(yè)資源評估，來估算這三種漁業(yè)的生物學(xué)參考點和管理學(xué)參考指標(biāo)。剩余產(chǎn)量模型所需要的數(shù)據(jù)僅僅是呈時間序列的產(chǎn)量和捕撈努力量或單位捕撈努力量產(chǎn)量(Catch per unit effort，CPUE)數(shù)據(jù)。因其形式較簡單、所需數(shù)據(jù)較少且結(jié)果較易理解，是目前最簡單和應(yīng)用最廣泛的傳統(tǒng)漁業(yè)資源評估模型之一[10-11]。Froese等[12]基于產(chǎn)量數(shù)據(jù)、種群恢復(fù)力信息以及起始和最終的相對生物量的假設(shè)，開發(fā)了CMSY方法。CMSY在短期內(nèi)估計狀態(tài)方面表現(xiàn)較好，在數(shù)據(jù)時間序列通常較短的發(fā)展中國家尤為有用[13]。在CMSY模型的基礎(chǔ)上，為了便于與其他具備捕撈努力量數(shù)據(jù)的漁業(yè)評估結(jié)果相互比較，又延伸出了需要捕撈努力量數(shù)據(jù)進(jìn)行計算的貝葉斯Schaefer模型(Baye-sian state-space implementation of the Schaefer production model, BSM)[12]。以上模型理論上均可用于估算《中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》中記錄的數(shù)據(jù)有限漁業(yè)的MSY。

目前國內(nèi)漁業(yè)資源使用BSM和CMSY方法進(jìn)行評估的文獻(xiàn)較少。Ji等[13]利用CMSY模型對黃渤海帶魚漁業(yè)的生物學(xué)參考點做出估算，結(jié)果表明黃渤海帶魚漁業(yè)目前處于過度捕撈狀態(tài)需要對資源進(jìn)行科學(xué)保護(hù)。Liang和Pauly[14]使用BSM和CMSY對中日韓海域的15種已開發(fā)魚類種群進(jìn)行評估，研究結(jié)果顯示渤海區(qū)漁獲物和資源群體均出現(xiàn)了平均營養(yǎng)層級下降的現(xiàn)象，表明渤海生態(tài)系統(tǒng)的基層結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化。本文主要使用CMSY和BSM模型對中國近海三種重要漁業(yè)資源的生物學(xué)參考點進(jìn)行估計，同時使用經(jīng)典剩余產(chǎn)量模型進(jìn)行了評估。將幾種模型的評估結(jié)果做出比較，以期從幾種模型中篩選出合適的模型。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究主要依賴于《中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》[15]中的產(chǎn)量和捕撈努力量數(shù)據(jù)，各海域的數(shù)據(jù)來自于海域周邊的省份產(chǎn)量和捕撈努力量數(shù)據(jù)的累加，即黃渤海海域數(shù)據(jù)來源于天津、河北、遼寧、山東和江蘇，東海海域數(shù)據(jù)來源于浙江、福建和上海，南海海域來源于廣東、廣西和海南。本研究從《中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》中整理了黃渤海鳀魚(Anchovy_YBS,1989—2019年)、東海帶魚(Hairtail_ECS,1979—2019年)和南海金線魚(Nemipte-rus_SCS,1979—2019年)的產(chǎn)量數(shù)據(jù)。由于中國近海捕撈漁業(yè)多為混合漁業(yè)，研究中采用的捕撈努力量數(shù)據(jù)為各個海域的總捕撈努力量數(shù)據(jù)。單位捕撈努力量產(chǎn)量(CPUE)根據(jù)產(chǎn)量和努力量數(shù)據(jù)計算得出。三種漁業(yè)每年的產(chǎn)量(t)和CPUE(t/kW)如圖1所示。

圖1 黃渤海鳀魚(a)、東海帶魚(b)和南海金線魚(c)的年產(chǎn)量和CPUEFig.1 Statistics of catch and CPUE for the Anchovy_YBS(a),Hairtail_ECS(b) and Nemipterus_SCS(c)

1.2 方法介紹

1.2.1 經(jīng)典剩余產(chǎn)量模型 本研究使用的經(jīng)典剩余產(chǎn)量模型有兩種：Schaefer剩余產(chǎn)量模型和Fox剩余產(chǎn)量模型。

Schaefer模型是[16]在Logistic生長模型的基礎(chǔ)上建立的，其表達(dá)式為：

(1)

Fox模型[17]是在Gompertz生長模型的基礎(chǔ)上建立的，其表達(dá)式為：

(2)

式中：dBt/dt為種群增長率；Bt為漁業(yè)群體在t年的生物量；t為時間；r為種群內(nèi)稟增長率；k為環(huán)境容納量；Ct為t年的產(chǎn)量。經(jīng)典剩余產(chǎn)量模型僅需要產(chǎn)量和捕撈努力量數(shù)據(jù)就可以估算出種群參數(shù)(r，k)和生物學(xué)參考點(MSY)的估計值。

1.2.2 CMSY和BSM模型 根據(jù)產(chǎn)量數(shù)據(jù)、魚類的恢復(fù)力以及時間序列開始和結(jié)束時的種群狀態(tài)，CMSY是一種用于估算漁業(yè)參考點MSY的蒙特卡羅方法[12,18]。CMSY需要內(nèi)稟增長率r和環(huán)境容納量k的先驗信息。在評估中，模型會從r和k的先驗分布中隨機(jī)選取r-k組合，并從初始年的資源量的先驗分布中選取初始資源量進(jìn)行分析。利用重要性重抽樣程序可以獲得r和k的后驗分布并確定合適的r-k組合。除了可以估算評估群體的MSY，CMSY還可以對MSY對應(yīng)的生物量BMSY、MSY對應(yīng)的捕撈死亡系數(shù)FMSY、種群大小(B/BMSY)和開發(fā)率(F/FMSY)做出預(yù)測。

在本研究中，參數(shù)r的先驗范圍來自于Froese等[19]的用戶指南中的恢復(fù)力分類(見表1)。魚類種群的恢復(fù)力分類可以從FishBase網(wǎng)站中查詢[20]，其中黃渤海鳀魚的恢復(fù)力等級為高等，東海帶魚和南海金線魚為中等。

表1 基于恢復(fù)力分類的參數(shù)r值的先驗范圍[19]Table 1 Prior ranges for parameter r, based on classification of resilience[19]

k先驗范圍的計算與時間序列中的最大產(chǎn)量和r的先驗范圍的上下邊界相關(guān)。根據(jù)評估對象最終相對生物量的高低選用不同的k上下邊界計算規(guī)則，在最終相對生物量較低的時候采用公式(3)計算k先驗范圍的上下邊界，而對于高生物量的種群來說則選用公式(4)進(jìn)行計算[12]。

(3)

(4)

式中：klow和khigh分別為k先驗范圍的上下限；max(C)為時間序列中最大產(chǎn)量；rlow和rhigh分別為r先驗范圍的上下限。

根據(jù)目標(biāo)種群資源狀態(tài)的不同，CMSY推薦了相對生物量(B/k)的先驗值參考范圍(見表2)[19]。本研究中，初始相對生物量和最終相對生物量根據(jù)對種群狀況的假設(shè)來判斷，中間相對生物量的取值采用默認(rèn)值。

表2 相對生物量B/k值的先驗范圍Table 2 Prior relative biomass(B/k)ranges

在驗證CMSY模型對實際漁業(yè)的評估效果時，有時需要與來自于全面評估種群的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行比較，這些種群通常具備CPUE等豐度數(shù)據(jù)。為了便于比較，在CMSY的基礎(chǔ)上發(fā)展出了貝葉斯Schaefer模型(BSM)。BSM需要r、k和可捕系數(shù)q的先驗信息。r和k先驗范圍的確定方法與CMSY中相同。q先驗范圍的上下限與r先驗范圍的幾何平均數(shù)、最后5～10 a的CPUE平均值和產(chǎn)量平均值有關(guān)[12]。k和q的計算過程均可以由Froese等的R代碼[19]實現(xiàn)。CMSY和BSM的參數(shù)估計方法仍是基于Schaefer剩余產(chǎn)量模型，即MSY=rk/4，F(xiàn)MSY=0.5r，BMSY=0.5k[12]。

由于CMSY和BSM的模型假設(shè)和不確定性水平類似，兩個模型評估結(jié)果具有較強(qiáng)可比性[12]。CMSY和BSM的參數(shù)估計值在大多數(shù)時候不呈現(xiàn)顯著性差別，且在進(jìn)行模型測試時BSM的表現(xiàn)更靠近“真實值”，因此在對實際漁業(yè)進(jìn)行評估時，在真實值未知時有時會將BSM的參數(shù)估計值作為CMSY評估的基準(zhǔn)(Benchmarks)[12]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

兩種經(jīng)典剩余產(chǎn)量模型(Schaefer和Fox)都是通過計算機(jī)軟件CEDA(Catch-effort data analysis；3.0版本)[21]和ASPIC(A surplus-production model incorporating covariates；5.0版本)來執(zhí)行的。CEDA(3.0版本)[22]中包含了三種非平衡剩余產(chǎn)量模型(Schaefer模型, Fox模型和Pella-Tomlinson模型)和三種誤差假設(shè)(正態(tài)誤差分布Normal distribution，對數(shù)正態(tài)誤差分布Lognormal distribution和伽馬誤差分布Gamma distribution)。通過CEDA可以計算種群參數(shù)和生物學(xué)參考點，如r，k，q，MSY，替換產(chǎn)量Ryield等。ASPIC(5.0版本)是另一個常用的估算非平衡剩余產(chǎn)量模型的參數(shù)值的軟件，主要包含了兩種剩余產(chǎn)量模型，F(xiàn)ox模型和Logistic模型(即Schaefer模型)。通過ASPIC可以估算出種群的MSY，q，k，BMSY，F(xiàn)MSY和提供MSY的捕撈努力量fMSY。兩種軟件均可以通過靴攀法Bootstrap過程來估算出參數(shù)的置信區(qū)間。ASPIC和CEDA一樣都需要設(shè)定B1/k的初始值。B1/k值是數(shù)據(jù)集開始時種群狀態(tài)的先驗信息，取值范圍為0～1，當(dāng)B1/k值為0時表示數(shù)據(jù)來源于一個開發(fā)利用嚴(yán)重的種群，而當(dāng)B1/k為1時表示數(shù)據(jù)來源于未開發(fā)的漁業(yè)。

在對B1/k值進(jìn)行敏感性分析時，經(jīng)常出現(xiàn)模型擬合失敗或者模型擬合的相關(guān)系數(shù)R2出現(xiàn)負(fù)數(shù)的情況，表明模型對此組數(shù)據(jù)的擬合效果較差。在所有能夠成功擬合的分析中，以相關(guān)系數(shù)R2最高的一組分析作為參考，此時的”B1/k“值如表3中所示。CEDA中的Schaefer和Fox模型均采用對數(shù)正態(tài)誤差分布進(jìn)行分析。CEDA中沒有提供最大可持續(xù)產(chǎn)量對應(yīng)的捕撈死亡系數(shù)(FMSY)和生物量(BMSY)的參數(shù)估計值，可以根據(jù)r和k值進(jìn)行估算，公式如下：FMSY=0.5r，Schaefer 模型BMSY=0.5k，F(xiàn)ox 模型BMSY=ke-1；ASPIC中沒有提供r的估計值，可根據(jù)r=2FMSY估算[16-17]。CMSY和BSM由Froese等[19]的R代碼(CMSY_O_9f.R)來執(zhí)行。代碼可從http:∥oceanrep.geomar.de/33076/下載。兩種模型的參數(shù)輸入值如表3中所示。CMSY和BSM參數(shù)設(shè)置的更多細(xì)節(jié)可參考Martell和Froese[18]以及Froese等[12]。

表3 模型參數(shù)輸入值Table 3 Input values of models

2 結(jié)果

6種模型對中國近海漁業(yè)的種群參數(shù)、生物學(xué)參考點和管理參數(shù)的估計值如表4所示。在對CEDA和ASPIC的初始相對量進(jìn)行敏感性分析時，出現(xiàn)了擬合失敗或相關(guān)系數(shù)R2為負(fù)值或極小的情況，說明模型對數(shù)據(jù)的擬合效果較差。導(dǎo)致這些現(xiàn)象出現(xiàn)的原因尚未知，對兩個軟件評估結(jié)果需要進(jìn)一步的研究，因此在本研究中主要選取CMSY和BSM的評估結(jié)果作為參考。

表4 三種漁業(yè)種群參數(shù)、生物學(xué)參考點和管理參數(shù)的估計值(括號內(nèi)為95%的置信區(qū)間)Table 4 Estimates of population parameters, biological reference points and management parameters of three fisheries (the 95% confidence intervals are in brackets)

CMSY和BSM的相對生物量設(shè)置應(yīng)該充分考慮資源所處的狀態(tài)，盡可能包括所有的情況。雖然CEDA和ASPIC的評估效果不理想，但其評估結(jié)果也反映了一定的資源狀況，因此CMSY和BSM的初始相對生物量的先驗范圍包含了CEDA和ASPIC中設(shè)置的初始相對生物量，如表4中所示。CMSY和BSM在模型運算過程中可以自動糾正對初始相對生物量設(shè)置的誤差，設(shè)置較廣的范圍可以提高可行r-k組合的數(shù)量，而較窄的初始生物量設(shè)置可能會漏掉關(guān)鍵信息。

CMSY和BSM模型評估中可行的r-k組合如圖2所示。在黃渤海鳀魚的評估中，CMSY和BSM的最佳可行的r-k組合的重合度較好，而在對東海帶魚和南海金線魚的評估中，最佳可行r-k組合的差異較大，表明兩種模型評估出的結(jié)果有一定的誤差。

(滿足CMSY的為灰色區(qū)域，可能性最高的r-k組合及其95%的置信區(qū)間用藍(lán)色十字標(biāo)出。滿足BSM的為黑色區(qū)域，可能性最高的r-k組合及其95%的置信區(qū)間用紅色十字標(biāo)出。The viable r-k pairs that fulfilled the CMSY conditions are shown in grey. The most probable r-k pair is marked by the blue cross, with indication of approximate 95% confidence limits. The black dots show the estimates of the BSM method, indication of a red cross for best estimate with 95% confidence limits.)

2.1 黃渤海鳀魚

6種模型估算出了黃渤海鳀魚(E.japonicus)的種群參數(shù)(r和k)和生物學(xué)參考點(MSY)(見表4)。以CMSY和BSM模型評估出的結(jié)果作為參考，研究認(rèn)為MSY估計值在80×104～83×104t左右。由于中國近海漁業(yè)資源的資源狀況和管理均與捕撈努力量息息相關(guān)，因此本研究選擇應(yīng)用CPUE數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的BSM模型估算出的生物學(xué)參考點作為管理學(xué)參考信息。F/FMSY估計值低于1.0而B/BMSY估計值小于1.0，表明這種漁業(yè)捕撈強(qiáng)度適中但資源尚未得到完全恢復(fù)。

圖3表示的是根據(jù)BSM模型參數(shù)估計值為黃渤海鳀魚的管理提供的參考信息。從圖3中可以看出，從1989年開始黃渤海鳀魚的開發(fā)率逐漸降低，資源群體的相對生物量逐漸升高，產(chǎn)量逐漸增加。在1996—2005年間產(chǎn)量已經(jīng)高于MSY(見圖3(a))，但當(dāng)時的生物量高于MSY對應(yīng)的水平(見圖3(b))而捕撈壓力低于MSY對應(yīng)水平(見圖3(c))，資源的整體狀況較好。2000年以后對黃渤海鳀魚資源的捕撈強(qiáng)度相對穩(wěn)定甚至有所降低，此時產(chǎn)量的變化主要與相對生物量的波動有關(guān)。在種群生物量得到充分恢復(fù)并維持在較高水平之后可以適當(dāng)?shù)脑黾赢a(chǎn)量到MSY置信區(qū)間的下限，已達(dá)到對資源的最佳利用率。

((a)為產(chǎn)量，虛線為MSY估計值，灰色為95%置信區(qū)間；(b)為BSM預(yù)測的相對總生物量(B/BMSY)，灰色95%置信區(qū)間；(c)為開發(fā)率(F/FMSY)，F(xiàn)MSY針對低于0.5BMSY的補(bǔ)充進(jìn)行了校正；(d)為種群大小(B/BMSY)和開發(fā)率(F/FMSY)之間的關(guān)系，陰影為50%、80%和95%置信區(qū)間。(a) is catches and the estimate of MSY(the 95% confidence intervals are in grey).(b) is the relative total biomass(B/BMSY) and the uncertainty is in grey.(c) is the exploitation(F/FMSY) and FMSY are corrected for the recruitment below 0.5BMSY.(d) is the relationship between stock size(B/BMSY) and exploitation(F/FMSY), and the shaded areas show the 50%、80% and 95% confidence intervals(C.I.).)

圖3(d)可以表示種群狀態(tài)，當(dāng)F/FMSY大于1時種群正在過度捕撈(Overfishing)，而當(dāng)B/BMSY小于1時種群已經(jīng)過度捕撈(Overfished)。根據(jù)種群大小B/BMSY和開發(fā)率F/FMSY與1的關(guān)系，每個圖分為4個象限。橙色區(qū)域表示的是健康的種群生物量但將因過度捕撈而開始損耗。紅色區(qū)域表示種群生物量水平過低無法產(chǎn)生最大可持續(xù)產(chǎn)量，種群已處于過度捕撈狀態(tài)且持續(xù)過度捕撈。黃色區(qū)域表示種群捕撈壓力降低且種群正在從過低的生物量中恢復(fù)。綠色區(qū)域是管理的目標(biāo)區(qū)域，表明可持續(xù)的捕撈壓力和健康的能夠產(chǎn)生接近MSY的高生物量。方形、圓形和三角形分別表示初始、中間和最終相對生物量對應(yīng)的年份。圖中信息表明黃渤海鳀魚的開發(fā)過程經(jīng)過了過度捕撈-資源恢復(fù)-穩(wěn)定波動的過程。2019年黃渤海鳀魚漁業(yè)有44.8%概率處于綠色區(qū)域、53.8%的概率處于黃色區(qū)域和1.4%的概率處于紅色區(qū)域，即2019年黃渤海鳀魚漁業(yè)有44.8%的概率處于可持續(xù)發(fā)展的健康狀態(tài)、53.8%的概率處于資源衰退的恢復(fù)期和1.4%的概率處于過度捕撈的資源衰退狀態(tài)。

2.2 東海帶魚

雖然所有方法估計出的東海帶魚(T.lepturus)的MSY值相似(見表4)，但經(jīng)典剩余產(chǎn)量模型計算出了更小的種群增長率(0.11～0.21)和更高的環(huán)境容納量(1 642×104～1 785×104t)，與CMSY和BSM的估算結(jié)果差異較大，造成這一差異的原因尚待研究。仍然選擇CMSY和BSM模型的評估結(jié)果作為參考，即MSY估計值在58×104～64×104t左右。F/FMSY估計值大于1.0而B/BMSY估計值小于1.0，表明這種漁業(yè)存在過度捕撈且資源已經(jīng)衰退。根據(jù)參數(shù)估計值，BSM為東海帶魚的管理提供了信息(見圖4)。從圖中可以看出，從1980年開始東海帶魚的開發(fā)率持續(xù)增加，雖然產(chǎn)量在增加但是資源群體的相對生物量一直在減少。在1986年之后，BSM估算出的東海帶魚的生物量一直介于0.5BMSY和BMSY之間，1992年以后捕撈死亡系數(shù)大于FMSY，資源持續(xù)處于過度捕撈狀態(tài)且損耗嚴(yán)重。從圖4(d)中的種群狀態(tài)圖中可以看出，東海帶魚資源經(jīng)歷了從低開發(fā)率高生物量的狀態(tài)到目前的高開發(fā)率低生物量的狀態(tài)。2019年東海帶魚漁業(yè)有0.3%的概率處于可持續(xù)發(fā)展的健康狀態(tài)、5.4%的概率處于資源衰退的恢復(fù)期、0.1%的概率處于捕撈強(qiáng)度過大引發(fā)的資源量由盛轉(zhuǎn)衰狀態(tài)和94.3%的概率處于過度捕撈的資源衰退狀態(tài)。

((a)為產(chǎn)量，虛線為MSY估計值，灰色為95%置信區(qū)間；(b)為BSM預(yù)測的相對總生物量(B/BMSY)，灰色95%置信區(qū)間；(c)為開發(fā)率(F/FMSY)，F(xiàn)MSY針對低于0.5BMSY的補(bǔ)充進(jìn)行了校正；(d)為種群大小(B/BMSY)和開發(fā)率(F/FMSY)之間的關(guān)系，陰影為50%、80%和95%置信區(qū)間。(a) is catches and the estimate of MSY(the 95% confidence intervals are in grey).(b) is the relative total biomass(B/BMSY) and the uncertainty is in grey.(c) is the exploitation(F/FMSY) and FMSY are corrected for the recruitment below 0.5BMSY.(d) is the relationship between stock size(B/BMSY) and exploitation(F/FMSY), and the shaded areas show the 50%、80% and 95% confidence intervals(C.I.).)

2.3 南海金線魚

6種模型估算出了南海金線魚(N.virgatus)的種群參數(shù)(r和k)和生物學(xué)參考點(MSY)(見表4)。以CMSY和BSM模型評估出的結(jié)果作為參考，研究認(rèn)為MSY估計值在30×104～32×104t左右。F/FMSY估計值大于1.0且B/BMSY估計值小于1.0，表明這種漁業(yè)存在過度捕撈且資源已經(jīng)衰退，所以應(yīng)進(jìn)一步降低捕撈強(qiáng)度和控制產(chǎn)量使資源得到充分的恢復(fù)。

根據(jù)參數(shù)估計值，BSM為南海金線魚的管理提供了信息(見圖5)。從圖5中可以看出，南海金線魚漁業(yè)的產(chǎn)量一直在增加，近些年已經(jīng)高于MSY的估計值，但資源的相對生物量B/BMSY始終小于1,資源狀態(tài)較差。在1994年以后開發(fā)率F/FMSY開始大于1，資源處于過度捕撈狀態(tài)。從圖4(d)和圖5(d)中的種群狀態(tài)圖中可以看出，南海金線魚資源一直在較低的相對生物量基礎(chǔ)上加大開發(fā)力度，資源始終未能恢復(fù)到健康的生物量水平。2019年南海金線魚漁業(yè)有1.2%的概率處于可持續(xù)發(fā)展的健康狀態(tài)、0.3%的概率處于資源衰退的恢復(fù)期、6.2%的概率處于捕撈強(qiáng)度多大引發(fā)的資源量由盛轉(zhuǎn)衰狀態(tài)和92.2%的概率處于過度捕撈的資源衰退狀態(tài)。

((a)為產(chǎn)量，虛線為MSY估計值，灰色為95%置信區(qū)間；(b)為BSM預(yù)測的相對總生物量(B/BMSY)，灰色95%置信區(qū)間；(c)為開發(fā)率(F/FMSY)，F(xiàn)MSY針對低于0.5BMSY的補(bǔ)充進(jìn)行了校正；(d)為種群大小(B/BMSY)和開發(fā)率(F/FMSY)之間的關(guān)系，陰影為50%、80%和95%置信區(qū)間。(a) is catches and the estimate of MSY(the 95% confidence intervals are in grey).(b) is the relative total biomass(B/BMSY) and the uncertainty is in grey.(c) is the exploitation(F/FMSY) and FMSY are corrected for the recruitment below 0.5BMSY.(d) is the relationship between stock size(B/BMSY) and exploitation(F/FMSY), and the shaded areas show the 50%、80% and 95% confidence intervals(C.I.).)

3 討論與分析

3.1 模型評估效果分析

剩余產(chǎn)量模型是經(jīng)典的魚類種群評估模型之一，只需要成時間序列的產(chǎn)量和捕撈努力量數(shù)據(jù)就可以對漁業(yè)資源的種群參數(shù)和生物學(xué)參考點做出估計。該方法所需數(shù)據(jù)較少、結(jié)果簡單且較易理解，在對缺乏年齡結(jié)構(gòu)等統(tǒng)計資料和環(huán)境數(shù)據(jù)的漁業(yè)進(jìn)行評估時可以起到較好的參考作用[23]。目前快速發(fā)展的數(shù)學(xué)和計算機(jī)科學(xué)也使得剩余產(chǎn)量模型得到了進(jìn)一步的發(fā)展，例如CMSY模型和BSM模型。經(jīng)典剩余產(chǎn)量模型給出的結(jié)果是各參數(shù)的具體數(shù)值和置信區(qū)間，而CMSY和BSM方法在此基礎(chǔ)上還給出了漁業(yè)的后驗狀態(tài)和處于各種狀態(tài)的概率[12]。

BSM方法需要漁業(yè)的成時間序列的產(chǎn)量和CPUE數(shù)據(jù)、參數(shù)r、q和k的先驗信息，而CMSY方法只需要漁業(yè)的產(chǎn)量數(shù)據(jù)、參數(shù)r和q的先驗信息。CMSY和BSM方法不太適用于輕度開發(fā)或種群恢復(fù)力極低的漁業(yè)種群[24]，而這三種漁業(yè)均不屬于這兩種情況[25-27]，因此可以得到較好的評估結(jié)果。在經(jīng)典剩余產(chǎn)量模型得不到有效的評估結(jié)果時，BSM和CMSY可以作為良好的替代方法來對年鑒中統(tǒng)計的魚類資源進(jìn)行評估。

幾種方法的研究結(jié)果表明，經(jīng)典剩余產(chǎn)量模型(CEDA 和ASPIC)的r估計值低于預(yù)期。時間序列內(nèi)的產(chǎn)量可能通過生產(chǎn)率低的大種群或具有高生產(chǎn)力的小種群來產(chǎn)生，因此即使估計的MSY值合理，也應(yīng)謹(jǐn)慎考慮魚類種群參數(shù)r和k的估計。CMSY/BSM和經(jīng)典剩余產(chǎn)量模型(CEDA和ASPIC)在參數(shù)估計方面的機(jī)制和算法是不同的，但應(yīng)該給出等效或類似的答案，除非在某些特殊情況下r和k不能完全估計[28]。

幾種方法對三種漁業(yè)的評估結(jié)果各有差異，從中分析出的資源目前的狀態(tài)也不盡相同，因此在使用《中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時，建議使用盡可能多的方法來分析，以減少結(jié)果的不確定性。單一評估模型的結(jié)果可能會產(chǎn)生較大誤差，以此來判斷漁業(yè)的狀態(tài)是有風(fēng)險性的。

3.2 三種漁業(yè)資源現(xiàn)狀

鳀魚的產(chǎn)量主要來自于我國渤海、黃海和東海海域[15]。鳀魚資源是在1989年以后隨著主要傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)魚類資源的衰退才開始得到大規(guī)模開發(fā)利用的，從兼捕對象變?yōu)橹饕稉茖ο骩29-31]。在此之后的《中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》中才出現(xiàn)鯷魚漁業(yè)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。本文估算出的黃渤海鳀魚漁業(yè)的MSY估計值在80×104～83×104t的范圍內(nèi)，F(xiàn)/FMSY估計值小于1.0且B/BMSY估計值小于1.0，表明這種漁業(yè)捕撈強(qiáng)度適中但資源尚未得到完全恢復(fù)。有研究發(fā)現(xiàn)鳀魚種群為適應(yīng)較大的捕撈和環(huán)境壓力已經(jīng)出現(xiàn)了趨小型化、繁殖力增加等反應(yīng)[25,29]。所以，雖然2019年的產(chǎn)量低于MSY的估計值，仍然應(yīng)該謹(jǐn)慎管理漁業(yè)，待資源得到充分的恢復(fù)之后再對其充分開發(fā)利用。

帶魚是中國最重要的經(jīng)濟(jì)魚種之一，廣泛分布于中國近海的各個海域。帶魚是東海最具價值的捕撈對象之一，捕撈歷史較長且產(chǎn)量一直較高，但是在20世紀(jì)80年代就進(jìn)入了過度捕撈狀態(tài)[28,32-33]。本研究估算出的東海帶魚漁業(yè)的MSY估計值在50×104～64×104t的范圍內(nèi)，F(xiàn)/FMSY估計值大于1.0且B/BMSY估計值小于1.0，表明這種漁業(yè)捕撈強(qiáng)度較大且資源存在衰退情況，所以應(yīng)進(jìn)一步降低捕撈強(qiáng)度和控制產(chǎn)量，使資源保持可持續(xù)發(fā)展。目前已有較多關(guān)于東海帶魚MSY評估的研究[28,34]，張魁[28]的貝葉斯?fàn)顟B(tài)空間模型估算出的東海帶魚的MSY為75×104t，而Wang和Liu[34]利用CEDA和ASPIC評估出的結(jié)果為71×104t，兩者使用的均為1990—2003年東海帶魚動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)。本研究采用的方法估算出的MSY值比其他研究的估計值要小，其主要原因在于模型結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)的不同。

金線魚是主要分布在中國南海海域，是南海區(qū)域重要的捕撈對象。本研究估算出的南海金線魚漁業(yè)的MSY估計值在30×104～32×104t的范圍內(nèi)。與張魁[3]簡易產(chǎn)量模型評估出的南海區(qū)金線魚類的MSY估計值(33.9×104t)較為接近，F(xiàn)/FMSY估計值大于1.0且B/BMSY估計值小于1.0，表明這種漁業(yè)捕撈存在過度捕撈且資源已經(jīng)衰退，所以應(yīng)進(jìn)一步降低捕撈強(qiáng)度和控制產(chǎn)量，使資源得到充分的恢復(fù)。有研究表明金線魚資源出現(xiàn)衰退趨勢，而為適應(yīng)過度開發(fā)狀態(tài)，近年來金線魚種群個體出現(xiàn)了趨小型化、性成熟體長和年齡降低等適應(yīng)性特征[35-36]。

3.3 研究的局限性和存在問題

本研究主要依賴于《中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》中的產(chǎn)量和捕撈努力量數(shù)據(jù)，各海域的數(shù)據(jù)來自于海域周邊的省份產(chǎn)量和捕撈努力量數(shù)據(jù)的累加。然而各海域的實際漁業(yè)活動并不是嚴(yán)格按照省份劃分的，部分省份在中國近海各個海域均有漁業(yè)捕撈活動，所以各海域的產(chǎn)量和捕撈努力量數(shù)據(jù)是有誤差存在的。南海區(qū)域的漁業(yè)活動相對獨立一些，數(shù)據(jù)的誤差最小，而東海的數(shù)據(jù)相對誤差要大一些。研究通過將黃海和渤海的數(shù)據(jù)合并分析來盡可能降低黃渤海海域數(shù)據(jù)的誤差。

另外，由于《中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》中的漁業(yè)產(chǎn)量多按照類群來統(tǒng)計，并未嚴(yán)格按照種來劃分，因此本研究的評估對象并非單魚種。比如南海區(qū)，捕撈到的金線魚種類有金線魚(N.virgatus)、日本金線魚(N.japonicus)和深水金線魚(N.bathybius)等[3]。CMSY和BSM需要設(shè)置種群參數(shù)的先驗范圍，不同種的參數(shù)范圍是存在差異的，因此，在使用年鑒中的數(shù)據(jù)進(jìn)行評估分析時結(jié)果存在一定的不確定性。

使用CEDA和ASPIC對三種漁業(yè)評估的結(jié)果是確立在極特殊的初始生物量設(shè)定上的，且評估出的結(jié)果與CMSY和BSM的估算結(jié)果差異較大。兩種軟件對Fox模型和Schaefer的評估結(jié)果差異也較大。導(dǎo)致這些異常情況出現(xiàn)的原因尚不明確，需要進(jìn)一步的研究。CMSY對最終相對生物量設(shè)置的敏感性較強(qiáng)，本研究尚未對該參數(shù)設(shè)置的敏感性做出評估，評估結(jié)果存在一定的不確定性。在對東海帶魚和南海金線魚的評估中，CMSY和BSM可行的r-k組合差異較大，評估結(jié)果具有一定的誤差，在接下來的研究中應(yīng)該繼續(xù)探索減少誤差的方法。

本研究使用了多種模型對漁業(yè)資源的生物學(xué)參考點進(jìn)行估計，但在模型選擇方面的研究較弱。CEDA和ASPIC中的模型選擇標(biāo)準(zhǔn)主要是模型對初始值設(shè)定的敏感程度和模型擬合的相關(guān)系數(shù)R2值的高低。對CMSY和BSM的模型選擇也缺少量化的選擇標(biāo)準(zhǔn)。因此在后續(xù)的研究中應(yīng)該引入AIC等模型選擇標(biāo)準(zhǔn)，以準(zhǔn)確判斷不同模型的擬合效果。

4 結(jié)語

根據(jù)《中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》中的數(shù)據(jù)，對中國近海捕撈漁業(yè)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行評估分析，分析結(jié)果顯示中國近海漁業(yè)資源處于資源衰退狀態(tài)，近海漁業(yè)需要更加保守的管理策略。本研究中估計的生物參考點可為黃渤海鳀魚、東海帶魚和南海金線魚漁業(yè)的管理提供科學(xué)依據(jù)。在使用年鑒數(shù)據(jù)評估資源現(xiàn)狀時，應(yīng)采用盡可能多的模型分析，以減少不確定性。軟件CEDA和ASPIC執(zhí)行的經(jīng)典剩余產(chǎn)量模型對這三種漁業(yè)的評估結(jié)果可以作為CMSY和BSM模型先驗信息的重要參考。CMSY和BSM不僅能對漁業(yè)的種群參數(shù)和生物參考點提供較好的擬合效果，同時可提供更詳細(xì)的管理學(xué)建議，因此也可應(yīng)用于許多其他漁業(yè)種類的種群評估和漁業(yè)管理，特別是中國近海數(shù)據(jù)有限的漁業(yè)種類。