基于聲學(xué)方法的2019年夏季南海中南部重要中上層經(jīng)濟(jì)魚類資源評估

侯宇偉，劉世剛，李 淵，宋普慶，陳宗正，林龍山，張 靜

（1.集美大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，福建廈門 361021；2.自然資源部第三海洋研究所，福建廈門 361005）

南海是處于東亞熱帶及亞熱帶的陸緣海，總面積多達(dá)350萬km2，物種繁多，資源豐富，是世界上海洋生物多樣性最高的海域之一［1］。20世紀(jì)90年代以來，南海北部近海的漁業(yè)資源已經(jīng)呈現(xiàn)明顯衰減的趨勢，大批近海捕撈壓力開始向外海轉(zhuǎn)移［2］。據(jù)調(diào)查顯示，南海中南部蘊(yùn)藏著較多的漁業(yè)資源［3］。其中，就魚類而言，黃鰭金槍魚（Thunnus albacares）、鰹（Katsuwonus pelamis）、雙鰭舵鰹（Auxis rochei）、長體圓鲹（Decapterus macrosoma）、脂眼凹肩鲹（Selar crumenophthalmus）的資源量尤為豐富，有著較大的開發(fā)潛力［3］。因此，這些漁業(yè)資源的準(zhǔn)確評估，對于指導(dǎo)漁業(yè)生產(chǎn)和管理有著重大意義［4］。

近幾十年來，漁業(yè)聲學(xué)作為漁業(yè)資源評估的方法逐漸興起。漁業(yè)聲學(xué)具有快捷、高效、取樣率大、調(diào)查時間短、不破壞生物資源、提供的時空數(shù)據(jù)豐富等優(yōu)點(diǎn)，適合對中上層生物資源進(jìn)行調(diào)查，目前已在國際上得到廣泛認(rèn)可［5-10］。我國于1984年引入聲學(xué)評估法，經(jīng)過30多年的發(fā)展，聲學(xué)評估法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于海洋生物資源的調(diào)查和評估中，成為我國漁業(yè)資源調(diào)查和評估的重要方法之一。隨著聲學(xué)理論的不斷發(fā)展和成熟，魚探儀性能不斷提升，圖像處理技術(shù)的逐步完善，聲學(xué)評估的靈活性和準(zhǔn)確性正不斷提高，在漁業(yè)資源評估中的地位不斷提升［11-13］。

對于南海資源量的開發(fā)，主要集中在南海北部近海，但是此區(qū)域漁業(yè)資源因過度利用而嚴(yán)重衰退，亟須降低捕撈強(qiáng)度［1-2，10，14-15］。相比之下，南海遠(yuǎn)海資源調(diào)查評估工作還比較薄弱，張立等［3］于2012年對南海中南部的主要經(jīng)濟(jì)魚類鳶尾賊、鲹科、鯖科、金槍魚屬等魚類進(jìn)行了分析，其資源量相比于之前的研究相對穩(wěn)定，仍處于可持續(xù)開發(fā)狀態(tài)。但近年來，由于捕撈壓力的增大，南海外海的漁業(yè)資源出現(xiàn)了一定程度的衰退［16-17］。因此，有必要對南海的漁業(yè)資源進(jìn)行進(jìn)一步研究。

本文利用2019年6—7月漁業(yè)聲學(xué)的調(diào)查數(shù)據(jù)，結(jié)合燈光罩網(wǎng)生物采樣數(shù)據(jù)，對南海中南部海域5種主要經(jīng)濟(jì)魚類黃鰭金槍魚、鰹、雙鰭舵鰹、長體圓鲹、脂眼凹肩鲹進(jìn)行了資源評估并闡明其主要分布區(qū)域。旨為南海中南部海域漁業(yè)的資源開發(fā)和利用提供有效參考。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查海域、調(diào)查船及調(diào)查方式

2019年6—7月在南海中南部海域進(jìn)行了走航式聲學(xué)調(diào)查，并設(shè)置了42個站位的燈光罩網(wǎng)生物學(xué)采樣，調(diào)查區(qū)域范圍為5°30′～16°00′N、109°00′～117°30′E（圖1）。本次調(diào)查使用“桂北漁80208”和“桂北漁68209”兩艘燈光罩網(wǎng)漁船，分別記為船1、船2。兩艘漁船各項(xiàng)參數(shù)一致，總噸位均為416 t，鋼質(zhì)，船長39.02 m，型寬7.2 m，型深4.1 m，撐桿舷外有效長度36 m，主機(jī)2臺，每臺功率201.0 kW。船上配460盞金屬鹵化物集魚燈（每盞集魚燈功率1 kW），作業(yè)時打開230盞。網(wǎng)具沉子綱長為280 m，網(wǎng)衣拉直高度60 m，網(wǎng)衣網(wǎng)目25～36 mm。

1.2 樣品采集及分析

生物樣品采樣在夜間進(jìn)行，每站采集一網(wǎng)漁獲物，先開燈集魚2 h，之后下網(wǎng)捕撈。起網(wǎng)，起網(wǎng)后漁獲物在甲板上，先按種類比例隨機(jī)取樣，將所有取樣漁獲物進(jìn)行分類和計(jì)數(shù)，測量并記錄所有取樣漁獲物的體長（叉長）和體質(zhì)量進(jìn)行測量，并記錄數(shù)據(jù)，樣品采集按照《海洋調(diào)查規(guī)范第6部分：海洋生物調(diào)查》（GB／T12763.6-2007）執(zhí)行。

1.3 聲學(xué)數(shù)據(jù)的收集及分析

漁業(yè)聲學(xué)數(shù)據(jù)采集采用便攜式聲學(xué)魚探儀Simrad EK80～120kHz進(jìn)行，并外接GPS記錄位置信息。魚探儀的主要參數(shù)設(shè)置如表1所示。調(diào)查過程中，通過鋼架將聲學(xué)儀器固定于漁船船舷中部。為了使聲學(xué)調(diào)查原始數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確有效，使用前用標(biāo)準(zhǔn)球?qū)τ趦膳_聲學(xué)儀器進(jìn)行了校正［18］。

表1 EK80換能器參數(shù)設(shè)置Tab.1 Main settings of EK80 transducer

聲學(xué)數(shù)據(jù)的處理和分析主要借助聲學(xué)處理軟件Echoview（version7.1）進(jìn)行，利用回波積分法對漁業(yè)資源密度進(jìn)行估算，對于現(xiàn)場采集到的聲學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行回放，將海表層航行氣泡、虛假海底、浮游生物和機(jī)器干擾信號進(jìn)行噪聲剔除［19-22］。將基本積分航程單元設(shè)置為5 n mile，并重新設(shè)置積分起始區(qū)域和終止區(qū)域。本次調(diào)查是由兩艘漁船相互配合進(jìn)行作業(yè)，雖然最大程度地保證了任務(wù)的完成，但難免會出現(xiàn)部分航線的缺失；本研究中將每20 n mile的聲學(xué)數(shù)據(jù)，作為一個聲學(xué)評估站位，根據(jù)最近生物采樣站位的漁獲比例，進(jìn)行聲學(xué)積分值的分配，這樣能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行充分挖掘，更直觀準(zhǔn)確地評估南海中南部的資源量。調(diào)查中為了排除表層航行噪聲的影響，數(shù)據(jù)積分的起始水層設(shè)置為10 m，同時綜合考慮主要漁獲物的棲息水深和聲學(xué)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，將數(shù)據(jù)積分的下限設(shè)置為200 m。由于調(diào)查區(qū)域存在浮游生物，需要設(shè)置合適的積分閾值來屏蔽浮游生物等弱散射物，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，將積分閾值設(shè)置在-80 dB，這樣既能接收有效回聲信號，又可屏蔽浮游動物的干擾［19-22］。魚類的目標(biāo)強(qiáng)度（TS）由目標(biāo)強(qiáng)度與魚類體長的經(jīng)驗(yàn)換算公式TS＝20lgL+b20計(jì)算，其中L為魚類的體長（cm），b20為以魚類體長（cm）平方為基準(zhǔn)的目標(biāo)強(qiáng)度。本次調(diào)查b20主要借鑒國內(nèi)外相關(guān)研究結(jié)果，聲學(xué)評估種類的b20見表2［23-27］。

表2 聲學(xué)評估種類的b20Tab.2 Value of b20 for acoustic estimation species

調(diào)查區(qū)域內(nèi)所參與評估的種類數(shù)量密度（ρa(bǔ)，尾·n mile-2）和資源量密度（ρb，t·n mile-2）分別為［15，18］：

式（1）～式（3）中，ci為評估種類中第i種魚類占總漁獲物的百分比；NASC為參與積分值分配的生物種類的總積分值（nautical area scattering coefficient），單位為m2·n mile-2；為參與評估范圍內(nèi)所有種類的平均后向散射截面（mean backscattering cross-section），單位為m2；wi為第i種評估種類的平均體質(zhì)量，單位為g；TSi為第i種參與評估種類的聲學(xué)目標(biāo)強(qiáng)度（dB）；j是所有參與評估種類的數(shù)量。為了分析資源量分布的緯度變化，研究中根據(jù)各聲學(xué)評估站位所在緯度，將所有站點(diǎn)分成了9個斷面，并統(tǒng)計(jì)了各個斷面的資源量。

2 結(jié)果與分析

2.1 評估種類生物學(xué)數(shù)據(jù)分析

在本次調(diào)查的漁獲種類中，頭足類占絕對優(yōu)勢，其重量漁獲率占總重量漁獲率的76.29%，魚類占23.71%。本次聲學(xué)評估目標(biāo)為魚類，評估的5種重要經(jīng)濟(jì)魚類黃鰭金槍魚、鰹、雙鰭舵鰹、長體圓鲹和脂眼凹肩鲹分別占魚類總重量漁獲率的 15.39%、13.08%、21.46%、6.71%、13.76%，其基本生物信息如表3所示。生物學(xué)測定結(jié)果顯示：黃鰭金槍魚的體長范圍為37～276 mm，平均體長為148.71 mm，體質(zhì)量范圍為1.2～469.6 g，平均體質(zhì)量為93.15 g；鰹的體長范圍為46～479 mm，平均體長為155.23 mm，體質(zhì)量范圍為46～479 g，平均體質(zhì)量為97.08 g；雙鰭舵鰹的體長范圍為62～314 mm，平均體長為174.10 mm，體質(zhì)量范圍為4.0～657.6 g，平均體質(zhì)量為109.59 g；長體圓鲹的體長范圍為20～246 mm，平均體長為154.78 mm，體質(zhì)量范圍為4.0～657.6 g平均體質(zhì)量為80.69 g；脂眼凹肩鲹的體長范圍為30～206 mm，平均體長為95.86 mm，體質(zhì)量范圍為0.8～131.7 g，平均體質(zhì)量為19.31 g。

表3 聲學(xué)評估種類的生物學(xué)信息Tab.3 Biological information of acoustic estimation species

2.2 聲學(xué)評估結(jié)果

2.2.1 黃鰭金槍魚資源量及其分布

燈光罩網(wǎng)的漁獲物數(shù)據(jù)顯示，42個調(diào)查站位中，黃鰭金槍魚出現(xiàn)在30個站位，其出現(xiàn)頻率為71.43%，這說明黃鰭金槍魚在南海中南部海域中分布較為廣泛。聲學(xué)評估的結(jié)果顯示，2019年夏季黃鰭金槍魚資源量豐度為3.78×109尾，生物量為2.81×104t，黃鰭金槍魚各斷面的資源豐度和資源量分布狀況如表4所示。最高生物量密度位于S2站位附近海域（圖2），最高達(dá)到1.85×104kg·n mile-2，漁場主要分布在14°00′～16°00′N、109°00′～112°00′E和8°00′～10°00′N、109°00′～112°00′E海域。

圖2 2019年夏季黃鰭金槍魚資源量密度（左）和豐度（右）分布Fig.2 Biomass density distribution（left）and abundance density distribution（right）of Thunnus albacares in the summer of 2019

2.2.2 鰹資源量及其分布

在42個調(diào)查站位中，鰹出現(xiàn)在26個站位，其出現(xiàn)比例為61.90%。聲學(xué)評估結(jié)果顯示，2019年夏季南海鰹資源量豐度和生物量分別為2.39×109尾和3.77×104t，鰹各斷面的資源豐度和資源量分布狀況如表5所示，鰹最高生物量密度位于S2站位附近海域（圖3），最高達(dá)到2.61×103kg·n mile-2，漁場主要分布在14°00′～16°00′N、110°00′～113°00′E和7°00′～9°00′N、109°00′～111°00′E的海域。

圖3 2019年夏季鰹資源量密度（左）和豐度（右）分布Fig.3 Biomass density distribution（left）and abundance density distribution（right）of Katsuwonus pelamis in the summer of 2019

表5 各斷面鰹資源豐度和資源量Tab.5 Abundance and biomass of Katsuwonus pelamisin in each transect

2.2.3 雙鰭舵鰹資源量及其分布

42個調(diào)查站位中，雙鰭舵鰹出現(xiàn)在13個站位，其出現(xiàn)的頻率為30.95%。聲學(xué)評估的結(jié)果顯示，2019年南海中南部雙鰭舵鰹資源豐度和生物量分別為8.95×108尾和8.71×104t，雙鰭舵鰹各斷面的資源豐度和資源量分布狀況如表4所示。最高生物量密度位于S2站位附近海域（圖4），最高達(dá)到5.40×103kg·n mile-2，漁場主要分布在14°00′～16°00′N、109°00′～112°00′E的海域。

圖4 2019年夏季雙鰭舵鰹資源量密度（左）和豐度（右）分布Fig.4 Biomass density distribution（left）and abundance density distribution（right）of Auxis rochei in the summer of 2019

表4 各斷面黃鰭金槍魚資源豐度和資源量Tab.4 Abundance and biomass of Thunnus albacares in each transect

2.2.4 長體圓鲹資源量及其分布

42個調(diào)查站位中，長體圓鲹出現(xiàn)在33個調(diào)查站位，其出現(xiàn)頻率為78.57%，這說明長體圓鲹在南海中南部分布較為廣泛。聲學(xué)評估的結(jié)果顯示，2019年夏季南海中南部長體圓鲹資源量豐度為4.95×108尾，生物量為5.73×104t，長體圓鲹各斷面的資源豐度和資源量分布狀況如表5所示。長體圓鲹最高生物量密度位于S4B站位附近海域（圖5），最高達(dá)到3.97×103kg·n mile-2，漁場主要分布在14°00′～16°00′N、109°00′～117°30′E 和 9°00′～10°00′N、109°00′～118°00′E的海域。

圖5 2019年夏季長體圓鲹資源量密度（左）和豐度（右）分布Fig.5 Biomass density distribution（left）and abundance density distribution（right）of Decapterus macrosoma in the summer of 2019

表7 各斷面長體圓鲹資源豐度和資源量Tab.7 Abundance and biomass of Decapterus macrosoma in each transect

2.2.5 脂眼凹肩鲹資源量及其分布

42個調(diào)查站位中，脂眼凹肩鲹出現(xiàn)在36個站位，其出現(xiàn)頻率為85.71%，這說明脂眼凹肩鲹在南海中南部海域分布較為廣泛。聲學(xué)評估的結(jié)果顯示，脂眼凹肩鲹在夏季的資源豐度和生物量分別1.55×109尾和2.66×104t，脂眼凹肩鲹各斷面的資源豐度和資源量分布狀況如表6所示。脂眼凹肩鲹最高生物量密度位于S39站位附近（圖6），達(dá)到8.50×102kg·n mile-2。夏季脂眼凹肩鲹的漁場主要分布在8°00′～11°30′N、109°00°～114°00′E的海域。

表6 各斷面雙鰭舵鰹資源豐度和資源量Tab.6 Abundance and biomass of Auxis rochei in each transect

圖6 2019年夏季脂眼凹肩鲹資源量密度（左）和豐度（右）分布Fig.6 Biomass density distribution（left）and abundance density distribution（right）of Selar crumenophthalmus in the summer of 2019

3 討論

3.1 南海中南部重要魚類資源數(shù)量的分布變化與分析

此次南海調(diào)查中鳶烏賊（Symplectoteuthis oualaniensis）為絕對優(yōu)勢種，聲學(xué)評估5種重要經(jīng)濟(jì)魚類黃鰭金槍魚、鰹、雙鰭舵鰹、長體圓鲹、脂眼凹肩鲹是除鳶烏賊外優(yōu)勢度排在前5的種類。從本次評估的5種重要經(jīng)濟(jì)魚類的整體分布來看，在14°00′～16°00′N緯度范圍內(nèi)5種魚類分布最為密集，是較好的漁場。

南海中南部的優(yōu)勢種主要包括鳶烏賊、扁舵鰹、雙鰭舵鰹等鰹類、鲹科魚類以及黃鰭金槍魚等［3，10，28-31］。本次調(diào)查中，就金槍魚類而言，黃鰭金槍魚的資源量明顯低于張立等［3］在2012年（1.78×105t）和2013年（2.44×105t）的調(diào)查結(jié)果，扁舵鰹（Auxis thazard）更是退出了優(yōu)勢種的行列。雖然本次的評估季節(jié)為夏季，與之前的調(diào)查季節(jié)不同，但所評估資源量的巨大減少，說明南海黃鰭金槍魚和鰹資源可能已經(jīng)衰退。對于鲹科魚類而言，張俊等［32］認(rèn)為細(xì)鱗圓鲹（Decapterus macarellus）是南海外海最重要的經(jīng)濟(jì)鲹科魚類，然而在本次調(diào)查中細(xì)鱗圓鲹漁獲量較少，主要為長體圓鲹和脂眼凹肩鲹。晏磊等［30］分析2011年南海中南部春季燈光罩網(wǎng)漁獲物時，發(fā)現(xiàn)長體圓鲹是資源量最多的鲹科魚類，本文的評估結(jié)果與其相符。張立等［3］對于2012年秋季和2013年春季南海中南部的資源評估得到鲹科的資源量分別為1.78×105t和2.44×105t，本文得出的長體圓鲹和脂眼凹肩鲹總量的結(jié)果低于張立等［3］對鲹科魚類的評估結(jié)果。一方面可能是由于張立等［3］的評估中除脂眼凹肩鲹和長體圓鲹外還有其他鲹科魚類，另一方面本文評估的季節(jié)也與其不同，因此兩次評估結(jié)果的差異在合理資源波動范圍之內(nèi)。鲹科魚類仍有一定的產(chǎn)量，可以繼續(xù)保持合理的開發(fā)。相比于金槍魚類，鲹科魚類資源量變動較小，可能是由于除燈光罩網(wǎng)船外，南海還有一些延繩釣漁船，其主要捕撈對象為金槍魚類，鲹科魚類受到的捕撈壓力較金槍魚類?。?3］。同時一些研究已經(jīng)顯示，短生命周期的魚類的資源變動相比于捕撈更會受到氣候和環(huán)境變化的影響，鲹科魚類的生命周期較短，其資源量的變動受捕撈的影響較小［34-36］。

表8 各斷面脂眼凹肩鲹資源豐度和生物量Tab.8 Abundance and biomass of Selar crumenophthalmus in each transect

對比往年的調(diào)查研究結(jié)果，本次調(diào)查中，南海的資源量和資源結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生一些變化［3，10，37-38］。經(jīng)濟(jì)魚類資源量出現(xiàn)了一定程度的衰減，并呈現(xiàn)出小型化、低齡化等現(xiàn)象［31］。應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)對于南海經(jīng)濟(jì)魚類資源的管理，采取一定措施限制捕撈強(qiáng)度，以防止海洋資源的進(jìn)一步衰退，以使南海漁業(yè)資源的可持續(xù)開發(fā)利用［10，30］。

3.2 漁業(yè)資源聲學(xué)評估結(jié)果準(zhǔn)確性的探討

本次航次中采用燈光罩網(wǎng)的方式獲得漁獲物，由于不同種類、不同年齡的魚類對于燈光的趨光性不盡相同，獲得的漁獲物具有一定的選擇性，但對于遠(yuǎn)洋資源調(diào)查而言，燈光罩網(wǎng)漁獲量穩(wěn)定，漁獲范圍廣，能夠誘捕多種中上層魚類，是目前應(yīng)用范圍最廣、最有效的遠(yuǎn)洋漁業(yè)資源調(diào)查方式［39-41］。如何對燈光罩網(wǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定程度的矯正，進(jìn)而參與積分值分配，從而得到更為準(zhǔn)確的漁獲物數(shù)據(jù)，需要在今后的實(shí)踐中進(jìn)行嘗試。

本研究為單個航次的評估和研究，研究的水深范圍和時間尺度都存在了一定的局限性，對于高度洄游性魚種（如黃鰭金槍魚）資源量的評估，可能不能夠準(zhǔn)確地反映其在南海的真實(shí)資源量和分布狀況，且受采樣方法的限制，本次捕獲的黃鰭金槍魚均為幼魚。因此，在未來的研究中應(yīng)考慮結(jié)合延繩釣采樣，分析更深水層的聲學(xué)映像，并增加不同季節(jié)的調(diào)查，以更好、更真實(shí)的評估其資源狀況。聲學(xué)目標(biāo)強(qiáng)度TS在聲學(xué)評估中是一個重要的因素，其準(zhǔn)確度直接決定了資源量評估的準(zhǔn)確性，因此對于聲學(xué)目標(biāo)強(qiáng)度值的研究也是非常重要的［42-44］。本文的TS值是根據(jù)目標(biāo)強(qiáng)度-體長經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出，b20值主要是通過借鑒國內(nèi)外相關(guān)研究結(jié)果，但同一種魚的b20值也可能受到海區(qū)環(huán)境、魚類年齡及聲學(xué)設(shè)備等的影響，其測得的結(jié)果有所不同，因此想要更加準(zhǔn)確地評估資源量，還需要加強(qiáng)對魚類目標(biāo)強(qiáng)度的測量［45］。