西北太平洋遠(yuǎn)東擬沙丁魚漁場時空分布及其與環(huán)境因子關(guān)系研究

崔國辰，朱文斌，戴 乾，朱海晨1,，劉文博1,，袁 帆1,，劉連為1,

(1.浙江海洋大學(xué)海洋與漁業(yè)研究所，浙江 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，浙江 舟山 316021；3.海安縣水產(chǎn)技術(shù)推廣站，江蘇 南通 226600)

引 言

遠(yuǎn)東擬沙丁魚(Sardinopssagax)屬鯡形目(Clupeiformes)，鯡科(Clupeidae)，是一種暖溫性的中上層魚類，主要分布于西北太平洋及我國黃、東海海域[1]。遠(yuǎn)東擬沙丁魚根據(jù)地理位置不同分為太平洋群系、日本海群系、九州群系及足摺群系[2]，其中太平洋群系主要分布在關(guān)東近海以北的太平洋沿海[3]，是重要的捕撈對象。遠(yuǎn)東擬沙丁魚是食物鏈的中間環(huán)節(jié)，以橈足類、硅藻類和小型卵為食并為日本鯖(Scomberjaponicas)等魚類提供食物[4-6]，在海洋生態(tài)中占據(jù)重要地位，研究其漁場分布及影響機(jī)制十分必要。

目前，針對遠(yuǎn)東擬沙丁魚資源變動的研究多集中于日本海及墨西哥海域。David[7]利用生態(tài)位模型對墨西哥西北海域的遠(yuǎn)東擬沙丁魚棲息地分布與環(huán)境關(guān)系進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)海水表面溫度(Sea Surface Temperature,SST)和凈初級生產(chǎn)力(Net Primary Productivity,NPP)是導(dǎo)致遠(yuǎn)東擬沙丁魚棲息地變動的主要因素。Edward D[8]發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)東擬沙丁幼魚的游泳行為對于資源補(bǔ)充量增加有積極影響。Raúl O[9]使用廣義加性模型評估不同尺度下環(huán)境變動對于遠(yuǎn)東擬沙丁魚捕撈量影響，研究表明環(huán)流、SST以及上升流強(qiáng)度是影響東北太平洋遠(yuǎn)東擬沙丁魚捕撈量變化的主要因素。相關(guān)學(xué)者對漁場變化與環(huán)境的關(guān)系進(jìn)行研究，王韞沛[10]等發(fā)現(xiàn)異常氣候現(xiàn)象通過調(diào)控柔魚漁場適宜海表溫從而驅(qū)動漁場移動。陸化杰[11]等對西南大西洋阿根廷滑柔魚(IIIexargentinus)漁場時空變化進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)漁場重心隨SST的升高沿一定方向移動。鄒曉榮[12]等對西北太平洋秋刀魚漁場變動機(jī)制進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)漁場的形成與豐度與親潮黑潮分布密切相關(guān)。但是針對西北太平洋遠(yuǎn)東擬沙丁魚漁場變化及其與環(huán)境關(guān)系研究較少。

本研究利用2017年西北太平洋燈光敷網(wǎng)漁業(yè)數(shù)據(jù)，結(jié)合同期SST及葉綠素a(Chlorophyll-a,Chl-a)濃度數(shù)據(jù)，采用漁場重心分析、聚類分析和地統(tǒng)計插值法分析遠(yuǎn)東擬沙丁魚漁場變動特性,以期為西北太平洋遠(yuǎn)東擬沙丁魚漁業(yè)生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文漁業(yè)數(shù)據(jù)來源于2017年4—11月在北太平洋35.5°～44°N，145°～155.5°E海域生產(chǎn)作業(yè)漁船的漁撈日志(圖1)，記錄內(nèi)容包含作業(yè)時間、捕撈產(chǎn)量(t)、作業(yè)位置(經(jīng)度、緯度)、投網(wǎng)次數(shù)、分品種產(chǎn)量。漁船作業(yè)方式為燈光敷網(wǎng)作業(yè)，網(wǎng)具主尺度為220 m×245 m，漁船主機(jī)功率1 260 kw。

圖1 西北太平洋遠(yuǎn)東擬沙丁魚作業(yè)漁場

海洋環(huán)境數(shù)據(jù)SST及Chl-a來源于美國OceanData網(wǎng)站(https://oceandata.sci.gsfc.nasa.gov)，時間分辨率為月，空間分辨率為9 km。為使?jié)O業(yè)、環(huán)境數(shù)據(jù)匹配，將SST、Chl-a、漁業(yè)數(shù)據(jù)按照0.5°×0.5°單元格劃分。

1.2 研究方法

1.2.1 產(chǎn)量重心估算

將各作業(yè)點經(jīng)緯度乘以捕撈產(chǎn)量并累加求和，再除以總漁獲量，得到產(chǎn)量重心經(jīng)緯度。其公式為[13]：

(1)

其中，X、Y分別是某一月份的產(chǎn)量重心經(jīng)度和緯度；Ci為第i次作業(yè)的產(chǎn)量；Xi為某一月份中第i次作業(yè)時的經(jīng)度；Yi為某一月份中第i次作業(yè)時的緯度；j為某一月份作業(yè)總次數(shù)。

1.2.2 空間距離推算并聚類

使用聚類分析法[14]將遠(yuǎn)東擬沙丁魚不同月份產(chǎn)量重心劃分為不同簇，進(jìn)而比較不同簇間差異。首先計算出各個月份產(chǎn)量重心的經(jīng)緯度，再求出各月產(chǎn)量重心間的空間距離，根據(jù)最小距離法進(jìn)行聚類?？臻g距離的計算公式為：

(2)

其中，Rmn為m月與n月產(chǎn)量重心間的距離；X、Y分別為某一月份產(chǎn)量重心的經(jīng)度、緯度。

1.2.3 單位捕撈努力量漁獲量(CPUE)與環(huán)境的關(guān)系分析

利用名義CPUE(t/d)表征漁獲量高低[15]。其計算公式為：

(3)

式中，Ci為第i天的遠(yuǎn)東擬沙丁魚漁獲量；n為總天數(shù)。以四分位數(shù)為節(jié)點將CPUE從低到高歸類為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個等級，將CPUE與SST、Chl-a分別疊加。本文采用SPSS 21.0軟件計算CPUE四分位數(shù)，Excel 2016軟件計算漁獲重心及空間距離，AutoCAD 2019軟件繪制產(chǎn)量重心分布圖，Arcgis 10.0軟件繪制研究區(qū)及環(huán)境因素圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 漁獲量及CPUE分布

根據(jù)漁撈日志，2017年監(jiān)測船遠(yuǎn)東擬沙丁魚占總產(chǎn)量41.02%，是重要的捕撈對象。2017年遠(yuǎn)東擬沙丁魚漁獲量及CPUE月波動明顯(表1)，各月漁獲量呈先上升后下降趨勢。8月漁獲量最高為157.5 t，占全部漁獲量的30.37%，10月次之，為99.45t，占全部漁獲量的19.18%，5月漁獲量最低，為33.3 t，占全部漁獲量的6.42%；CPUE曲線4—9月波動小，除8月CPUE增加外，總體呈下降趨勢；9—11月CPUE增加，11月CPUE最高為12.7 t/d，7月最低為3.01 t/d。

表1 2017年西北太平洋海域生產(chǎn)數(shù)據(jù)

按照天文學(xué)季節(jié)劃分法將3—5月劃分為春季；6—8月劃分為夏季；9—11月劃分為秋季。春(4—5月)、夏(6—8月)、秋季(9—11月)漁場分布如圖2，春季漁場集中在中西太平洋海域，夏、秋季漁場集中于東北海域，高值CPUE(Ⅳ)呈先往東北推進(jìn)，再往西南折回趨勢。7—10月產(chǎn)量占總產(chǎn)量71.08%，漁場集中分布于42.5°～43.5°N、152°～154.5°E。

圖2 西北太平洋遠(yuǎn)東擬沙丁魚各季CPUE的空間分布

圖3 各月份產(chǎn)量重心分布圖

2.2 產(chǎn)量重心變化

4—11月份遠(yuǎn)東擬沙丁魚產(chǎn)量重心經(jīng)度方向分布范圍為145°～155.5°E，緯度方向分布范圍為36.5°～44°N；4—7月、8—9月產(chǎn)量重心呈現(xiàn)往東移動的趨勢；9—11月相反，呈現(xiàn)往西移動趨勢(圖2)。由表2可知，各月份產(chǎn)量重心分布存在著很大的差異?？臻g距離最小值為0.19(7/8)，最大值為7.68(4/9)。若以空間距離2為閾值，則可將聚類結(jié)果分為三類：(4)、(5、6、11)、(7、8、9、10)。

表2 2017年各月份產(chǎn)量重心間的空間距離

2.3 CPUE、SST及Chl-a空間分布月變化

作業(yè)漁場的SST月變化呈先增加后減小趨勢，作業(yè)海域4月SST范圍為11.8～14.2 ℃，5月為10.6～14.4 ℃，6月為8.9～15.6 ℃，7月為14.4～17.2 ℃，8月為16.7～19.3 ℃，9月為12.5～15 ℃，10月為12.7～15.7 ℃，11月為13.8～17.5 ℃。4月Chl-a濃度范圍為0.54～1.06 mg/m3，5月為0.69～1.53 mg/m3，6月為0.43～1.61 mg/m3，7月為0.23～0.42 mg/m3，8月為0.4～1.08 mg/m3，9月為0.6～1.57 mg/m3，10月為0.42～0.79 mg/m3，11月為0.45～0.56 mg/m3。

由圖4、圖5發(fā)現(xiàn)，漁場大多分布于海洋鋒帶附近；4月產(chǎn)量重心在37°N附近，5、6、11月份在41°N附近，7、8、9、10月份在43°N附近。

圖4 SST和CPUE空間分布月變化

圖5 Chl-a和CPUE空間分布月變化

3 討論

3.1 遠(yuǎn)東擬沙丁魚產(chǎn)量和CPUE的變化

遠(yuǎn)東擬沙丁魚4—8月產(chǎn)量增加，8月作業(yè)位置較之前月份更加集中。產(chǎn)量增加一方面是作業(yè)天數(shù)增加，捕撈努力量增加；另一方面是7、8月間遠(yuǎn)東擬沙丁魚大量集群[16]，減少了漁船尋找魚群的時間，捕撈效率提高；此外遠(yuǎn)東擬沙丁魚春季生長速度較秋季緩慢，秋季魚體最為肥碩[17]。9—11月產(chǎn)量變動除作業(yè)天數(shù)差異外，可能是各月份作業(yè)海域不同，遠(yuǎn)東擬沙丁魚集群不明顯，資源量存在差異。夏、秋季間產(chǎn)量差異較小，但均比春季高。一方面夏、秋季作業(yè)時間比春季長；另一方面太平洋群系遠(yuǎn)東擬沙丁魚主要產(chǎn)卵期為3月中旬至6月上旬，期間補(bǔ)充群體持續(xù)加入[3]，夏、秋季遠(yuǎn)東擬沙丁魚資源補(bǔ)充量較春季高。

遠(yuǎn)東擬沙丁魚CPUE除8月增加外4—9月呈下降趨勢，9—11月呈上升趨勢。春季漁船從國內(nèi)駛向西北太平洋，前期并未到達(dá)真正魚群聚集地[18]，故4、5月份CPUE低。8月遠(yuǎn)東擬沙丁魚大量集群[16]，漁船尋找漁群時間減少，捕撈效率提高。11月作業(yè)天數(shù)只有3 d，CPUE大小存在偶然性。本文研究數(shù)據(jù)僅限于2017年，還不能準(zhǔn)確判斷產(chǎn)量和CPUE的分布規(guī)律，但在一定程度上揭示了其變化。在以后的研究中，應(yīng)依據(jù)長期漁業(yè)數(shù)據(jù)對其進(jìn)行分析。

3.2 重心分布變化

遠(yuǎn)東擬沙丁魚產(chǎn)量重心呈4—9月往東北遷移，9—11月往西南折回趨勢，產(chǎn)量重心的變化一定程度上體現(xiàn)洄游趨勢[19]。聚類結(jié)果表明產(chǎn)量重心分為3類。4月產(chǎn)量重心單獨歸為一類可能與捕撈船作業(yè)路線有關(guān)[18]，每年春季漁船從國內(nèi)駛向西北太平洋并就近作業(yè)。5、6月份為遠(yuǎn)東擬沙丁魚產(chǎn)卵期，洄游具有目的性[20]，魚群分布較為集中。7—9月份為遠(yuǎn)東擬沙丁魚索餌期[21]，產(chǎn)量重心都圍繞索餌場分布。10月份水溫下降，沙丁魚按照特定路線進(jìn)行越冬洄游[21]，因9月產(chǎn)量重心處于東北海域，10—11月南下往相反方向移動導(dǎo)致空間距離縮短。

3.3 SST對漁場的影響

作為中上層魚類，遠(yuǎn)東擬沙丁魚漁場變動主要受SST影響[22]。6月魚群分布不集中，可能是遠(yuǎn)東擬沙丁魚個體大小存在差異，魚群耐受水溫范圍不同[23]。遠(yuǎn)東擬沙丁魚索餌期為7—9月份[21]，推斷西北太平洋遠(yuǎn)東擬沙丁魚索餌集群水溫范圍為12.5～19.3 ℃，與孫楓[16]研究結(jié)果相符。此外SST變動會影響遠(yuǎn)東擬沙丁魚產(chǎn)卵[2,5]，從而對資源補(bǔ)充量造成直接影響。袁琳[24]已對西北太平洋SST年代際變化進(jìn)行了研究，后期可結(jié)合更多年份的漁業(yè)數(shù)據(jù)與SST數(shù)據(jù)探究西北太平洋海域遠(yuǎn)東擬沙丁魚與SST的關(guān)系。利用等溫線的疏密程度以及水團(tuán)邊界處物理現(xiàn)象識別海洋鋒[25]，魚群位置常分布于等溫線密集海域(圖4)?？赡茉蚴呛Ｑ箐h面邊緣區(qū)域海流流速較大，限制魚群往鋒面外游動。

3.4 Chl-a對漁場的影響

Chl-a濃度對西北太平洋遠(yuǎn)東擬沙丁魚漁場分布存在影響，但并不是漁場形成的最主要原因[26]。遠(yuǎn)東擬沙丁魚的主要餌料生物為橈足類、硅藻等[4,16]，這些餌料生物存在晝夜垂直移動特性。錢應(yīng)勤等[4]認(rèn)為遠(yuǎn)東擬沙丁魚的晝夜垂直移動特性是其為追逐餌料生物引起，而Chl-a濃度是表征浮游植物豐富程度的一個重要參數(shù)[27]。魚群常分布于海洋鋒帶附近(圖4、圖5)，冷暖流交匯形成明顯的涌升流，涌升流周邊浮游生物顯著高于其他海域[28]。但是并未發(fā)現(xiàn)Chl-a濃度越高漁獲產(chǎn)量越高漁場，可能原因是形成漁場的關(guān)鍵取決于浮游生物的量和規(guī)模[29]，而除Chl-a濃度外，營養(yǎng)鹽、海流等環(huán)境因子同樣影響浮游生物[30]。

除SST和Chl-a外，洋流輸送以及對海域的開發(fā)程度也會直接影響漁場分布[31-32]。在今后的研究中可以添加洋流數(shù)據(jù)對漁場分布進(jìn)行分析，以便更加準(zhǔn)確詳細(xì)的了解漁場變動。