剩余產(chǎn)量模型評(píng)估南海北部鮪資源

吳永烈，羅進(jìn)輝，陳文洋，馮 波，2，3*

（1.廣東海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，廣東湛江 524088；2.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（湛江），廣東湛江 524025；3.廣東省南海深遠(yuǎn)海漁業(yè)管理與捕撈工程技術(shù)研究中心，廣東湛江 524088）

2022年11月，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)水生生物資源養(yǎng)護(hù)的指導(dǎo)意見》（農(nóng)漁發(fā)〔2022〕23號(hào)）［1］，指出要嚴(yán)格落實(shí)海洋漁業(yè)資源總量管理制度，要積極推進(jìn)分品種、分區(qū)域捕撈限額管理試點(diǎn)，優(yōu)化捕撈生產(chǎn)作業(yè)方式，科學(xué)實(shí)施減船轉(zhuǎn)產(chǎn)。當(dāng)前南海只有少數(shù)種類被納入限額捕撈管理試點(diǎn)，例如，白貝（Monetaria moneta）及梭子蟹（Portunusspp.）［2］，然而南海的大多數(shù)漁業(yè)種類資源量仍未得到精細(xì)的評(píng)估。鮪（Euthynnus affinis）是南海北部主要的中上層漁獲種類，在生態(tài)系統(tǒng)中的地位十分重要［3］。鮪在南海北部各漁場(chǎng)都有分布，尤其出現(xiàn)在海南島以東海域，如大洲島至三亞一帶的拖釣漁場(chǎng)，萬寧南榮海面的刺網(wǎng)漁場(chǎng)以及七洲列島的扛罾網(wǎng)漁場(chǎng)。漁汛時(shí)，流網(wǎng)漁船每夜可捕撈漁獲150～200 kg，扛罾網(wǎng)遇到魚群時(shí)一網(wǎng)則可捕撈1 t左右［4］。鮪在南海北部的馬鮫流刺網(wǎng)漁獲物中出現(xiàn)的概率達(dá)到66.67%～80.00%，占漁獲量的2.66%～23.20%［5］；其在南海北部深海區(qū)燈光罩網(wǎng)漁獲物中出現(xiàn)的概率為15%，占漁獲量的0.01% ～3.57%［6］；鮪也是燈光圍網(wǎng)的主要漁獲種類之一，其質(zhì)量占比在6.61% ～9.84%［7］。然而，由于歷史上留下的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)很少［4］，很難對(duì)其資源利用狀況作出評(píng)價(jià)。2008年以來，廣東海洋大學(xué)開展了長期的漁港抽樣調(diào)查，獲得了豐富的漁業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，已成功地評(píng)估了海鰻（Muraenesox cinereus）、金線魚（Nemipterus virgatus）、黃鰭馬面鲀（Thamnaconus hypargyreus）、羽鰓鮐（Rastrelliger kanagurta）和眼鏡魚（Menemaculata）的資源利用狀況［8－12］。本研究將繼續(xù)利用該數(shù)據(jù)，運(yùn)用剩余產(chǎn)量模型評(píng)估南海北部鮪資源的利用狀況，為該海域的捕撈限額政策制定提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

本研究數(shù)據(jù)來源于2008—2020年南海北部捕撈生產(chǎn)漁港抽樣調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料。漁港抽樣調(diào)查首先對(duì)不同作業(yè)方式的漁船按功率段分層抽樣確定滿足統(tǒng)計(jì)要求的調(diào)查樣本船數(shù)，功率段劃分按陶雅晉等［13］的描述，然后分季節(jié)赴南海北部的海門、甲子、沙扒、閘坡、博賀、海尾、陵水、涯城、潭門、清瀾、草潭、企水、僑港、欽州和企沙等漁港搜集不同作業(yè)方式各功率段抽樣船的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，調(diào)查的數(shù)據(jù)包括樣本漁船的作業(yè)方式、主機(jī)功率、作業(yè)海區(qū)、作業(yè)天數(shù)、主要漁獲品種的產(chǎn)量。本研究整理出了2008—2020年鮪年產(chǎn)量時(shí)間序列和12個(gè)鮪單位捕撈努力量漁獲量（catch per unit effort，CPUE）時(shí)間序列，這12個(gè)CPUE時(shí)間序列（代碼A－L）分別屬于圍網(wǎng)、罩網(wǎng)和刺網(wǎng)3種作業(yè)方式。罩網(wǎng)的CPUE時(shí)間序列數(shù)據(jù)起始年份是2012年。12個(gè)不同作業(yè)方式與功率段的鮪產(chǎn)量占到了鮪總產(chǎn)量的95.55%（表1），代碼M的時(shí)間序列數(shù)據(jù)不完整，無法用于剩余產(chǎn)量模型分析。

表1 不同作業(yè)方式與功率段代碼Tab.1 Code of different fishing methods and main powers

某作業(yè)方式與功率段t年的CPUEt計(jì)算公式如下：

式（1）中，Ct表示某作業(yè)方式與功率段t年的漁獲量；MPt表示該作業(yè)方式與功率段t年的主機(jī)功率投入數(shù)；Dt表示該作業(yè)方式與功率段t年的作業(yè)天數(shù)；t＝2008，2009，…，2020。

某作業(yè)方式與功率段的產(chǎn)量占比Pi計(jì)算公式如下：

式（2）中，Cj表示任一作業(yè)方式與功率段j年的漁獲量，j＝2008，2009，…，2020。

1.2 模型方法

剩余產(chǎn)量模型也稱資源動(dòng)態(tài)模型［14］，有一定年限的捕撈努力量和漁獲量數(shù)據(jù)即可使用此模型分析。本研究采用R語言包TropFishR的2個(gè)函數(shù)prod-mod和prod-mod-ts［15］。這2個(gè)函數(shù)內(nèi)置了Schaefer模型和Fox模型。其中，prod-mod函數(shù)是假設(shè)在平衡狀態(tài)下，將模型公式轉(zhuǎn)化成線性表達(dá)式，以產(chǎn)量和捕撈努力量時(shí)間序列擬合的方式估算剩余產(chǎn)量模型參數(shù)；而prod-mod-ts函數(shù)則是以非線性最小二乘法擬合時(shí)間序列數(shù)據(jù)估算非平衡狀態(tài)下剩余產(chǎn)量模型的參數(shù)。時(shí)間序列數(shù)據(jù)的構(gòu)成是年份、每年漁獲產(chǎn)量、捕撈努力量或者CPUE。平衡狀態(tài)下擬合的模型是平衡產(chǎn)量模型，其輸出參數(shù)有最大可持續(xù)產(chǎn)量（maximum sustainable yield，MSY）、達(dá)到MSY時(shí)的捕撈努力量EMSY；非平衡狀態(tài)下擬合的模型是非平衡產(chǎn)量模型，其輸出參數(shù)增加了內(nèi)稟增長率r、可捕系數(shù)q、初始資源量K、達(dá)到MSY時(shí)的資源量BMSY、達(dá)到MSY時(shí)資源量的捕撈死亡系數(shù)FMSY。由于prod-mod和prod-mod-ts函數(shù)擬合時(shí)未能輸出擬合優(yōu)度，可將模型計(jì)算的MSY值與現(xiàn)實(shí)最高產(chǎn)量對(duì)比，判斷其合理性，然后對(duì)其取舍。因?yàn)镾chaefer模型和Fox模型擬合出的捕撈努力量-產(chǎn)量曲線都是拱形的，其頂點(diǎn)就是MSY。理想的擬合結(jié)果是捕撈努力量-產(chǎn)量曲線的頂點(diǎn)應(yīng)在現(xiàn)實(shí)最高產(chǎn)量落點(diǎn)的下方。若MSY遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)實(shí)最高產(chǎn)量，表明擬合結(jié)果偏離實(shí)際較大，MSY不具現(xiàn)實(shí)意義，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)無法達(dá)到該產(chǎn)量，并且該MSY被嚴(yán)重高估，若用此數(shù)值指導(dǎo)生產(chǎn)，會(huì)造成管理失敗［16］。

根據(jù)2020年的捕撈努力量與EMSY的比值（E2020／EMSY）以及2020年漁獲產(chǎn)量與MSY的比值（C2020／MSY），再結(jié)合Kobe圖［8－10］判斷當(dāng)前資源狀況?？紤]到部分作業(yè)方式與功率段的CPUE數(shù)據(jù)會(huì)因剩余產(chǎn)量模型擬合失敗，無法估算MSY，故總允許捕撈量（total allowable catch，TAC）按式（3）進(jìn)行推算：

式（3）中，Pi表示i種作業(yè)方式與功率段的產(chǎn)量所占比例，見表1。式（4）中，TACi表示i種作業(yè)方式與功率段的總可捕量，MSYi表示由i種作業(yè)方式與功率段的CPUE數(shù)據(jù)經(jīng)剩余產(chǎn)量模型擬合計(jì)算出的最大可持續(xù)產(chǎn)量。當(dāng)E2020／EMSY＜1并且C2020／MSY＜1，或者Kobe圖中F2020／FMSY＜1并且B2020／BMSY＜1，即未發(fā)生過度捕撈時(shí)，TACi＝MSYi；當(dāng)E2020／EMSY＞1或C2020／MSY＞1，或者Kobe圖中F2020／FMSY＞1或B2020／BMSY＞1，即發(fā)生過度捕撈時(shí)，TACi＝aMSYi。GABRIEL等［17］提出a的取值為0.6～0.9。若該作業(yè)方式與功率段過度捕撈較為嚴(yán)重，即同時(shí)發(fā)生捕撈型過度和資源型過度捕撈，取a下限值0.6。

2 結(jié)果分析

2.1 漁業(yè)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)抽樣統(tǒng)計(jì)資料，南海北部的鮪主要被圍網(wǎng)、罩網(wǎng)、刺網(wǎng)和拖網(wǎng)捕撈，圍網(wǎng)產(chǎn)量占比43.30%～94.62%，平均69.01%；罩網(wǎng)產(chǎn)量占比0%～26.67%，平均為10.98%；刺網(wǎng)產(chǎn)量占比4.27%～54.82%，平均17.77%；拖網(wǎng)產(chǎn)量占比0.70%～4.77%，平均為2.23%。2008—2020年南海北部鮪的產(chǎn)量先升后降，最低產(chǎn)量1.3×104t出現(xiàn)在2008年，最高產(chǎn)量出現(xiàn)在2014年，達(dá)到7.2×104t。

2.2 模型擬合

12個(gè)CPUE時(shí)間序列數(shù)據(jù)都能由平衡產(chǎn)量模型計(jì)算出MSY和EMSY。表2中MSY的數(shù)值40 413.67～573 832.10 t。2014年的峰值產(chǎn)量7.2×104t是很好的判斷參考點(diǎn)，之后年份產(chǎn)量出現(xiàn)回落。故MSY不應(yīng)超過7.2×104t。因此，從Schaefer模型來看，MSY 取值范圍應(yīng)在44 914.93～66 564.70 t，平均56 493.19 t；而從Fox模型來看，MSY的取值范圍在40 413.67～62 225.85 t，平均49 888.98 t。

圖1 南海北部鮪年產(chǎn)量變化Fig.1 Annual yield of Euthynnus affinis in the northern South China Sea

表2 平衡產(chǎn)量模型輸出的種群參數(shù)Tab.2 Stock parameters by equilibrium production model

非平衡產(chǎn)量模型擬合時(shí)，有5個(gè)CPUE時(shí)間序列，包括圍網(wǎng)50～100 kW、罩網(wǎng)300 kW 以上、刺網(wǎng)200 kW 以上、刺網(wǎng)151～200 kW 和刺網(wǎng)101～150 kW，數(shù)據(jù)在Schaefer模型或Fox模型的形式下，取得了較合理的輸出結(jié)果（表3），而其他7個(gè)CPUE時(shí)間序列擬合失敗，未列入表3。表3中MSY 值42 422.16～56 208.05 t，平均為50 012.00 t，K的估值范圍 122 981.70 ～274 736.90 t，平均為162 962.83 t，BMSY的估值范圍45 265.42～137 368.4 t，平均為78 771.96 t，r的估值范圍0.73～1.68，平均為1.25。

表3 非平衡模型輸出的種群參數(shù)Tab.3 Stock parameters by non-equilibrium production model

2.3 種群利用狀況

平衡產(chǎn)量模型對(duì)2020年鮪資源狀況給出較為樂觀的判斷，其資源利用度41.20% ～67.86%，平均為53.31%。捕撈努力量投入水平除罩網(wǎng)201～300 kW（128.62%）和刺網(wǎng)151～200 kW（221.21%）較高外，其他均在14.02% ～87.25%，未超過最大可持續(xù)努力量水平（表2）。非平衡產(chǎn)量模型較平衡產(chǎn)量模型能迭代出每年的資源存量，可以判斷群體資源量的發(fā)展趨勢(shì)，也利于用Kobe圖分析資源群體的利用狀況。非平衡產(chǎn)量模型對(duì)鮪資源存量的判斷存在2種趨勢(shì)，其中圍網(wǎng)50～100 kW 和刺網(wǎng)151～200 kW的非平衡產(chǎn)量模型擬合認(rèn)為資源量在2008—2020年先升后降，2014年為峰值年份；罩網(wǎng)300 kW 以上、刺網(wǎng)200 kW 以上和刺網(wǎng)101～150 kW的非平衡產(chǎn)量模型分析認(rèn)為資源量呈現(xiàn)波動(dòng)演化，2009年資源量較高，在2010年即出現(xiàn)大幅度下落至波谷，隨后緩慢上升，在2014年達(dá)到一個(gè)峰值，然后又呈現(xiàn)下降，在2016年探底，之后2017—2020年又表現(xiàn)出上升趨勢(shì)（圖2）。非平衡產(chǎn)量模型之Kobe圖對(duì)資源利用狀態(tài)也出現(xiàn)2種判斷：一種偏悲觀，圍網(wǎng)50～100 kW 和刺網(wǎng)151～200 kW 的非平衡產(chǎn)量模型分析認(rèn)為至少2015—2020年連續(xù)6年處于捕撈型過度捕撈和資源型過度捕撈；另一種偏樂觀，罩網(wǎng)300 kW 以上、刺網(wǎng)200 kW 以上以及刺網(wǎng)101～150 kW 的非平衡產(chǎn)量模型分析顯示同時(shí)發(fā)生捕撈型過度捕撈和資源型過度捕撈的年份較少，并且2020年資源利用水平處于安全區(qū)域（圖3）。

圖2 非平衡Schaefer模型推測(cè)的南海北部鮪資源量年變化Fig.2 Annual biomass of Euthynnus affinis in the northern South China Sea by non-equilibrium Schaefer production model

圖3 非平衡模型推測(cè)的Kobe圖Fig.3 Kobe’s p lot by non-equilibrium production m odel

2.4 TAC推定

雖然不同CPUE指數(shù)的模型分析對(duì)當(dāng)前鮪資源利用狀況各有差異，但它們并不自相矛盾，原因是上述模型是從各自視角得出的結(jié)論，故應(yīng)整體地來看待問題。綜合前述分析，2020年罩網(wǎng)201～300 kW、圍網(wǎng)50～100 kW 和刺網(wǎng)151～200 kW 3種作業(yè)方式與功率段存在較為嚴(yán)重的過度捕撈，因此，a的取值為0.6。其余作業(yè)方式與功率段未發(fā)生過度捕撈，不乘以系數(shù)a。按Schaefer模型分析的結(jié)果計(jì)算，TAC為54 093.56 t；按Fox模型分析的結(jié)果，TAC則為44 835.76 t。綜合2種模型的結(jié)果，推定TAC可設(shè)置在4.9×104t。

3 討論

3.1 資源利用評(píng)價(jià)

鮪通常與鰹（Katsuwonus pelamis）、扁舵鰹（Auxis thazard）和圓舵鰹（Auxis rochei）等小型金槍魚類混合在一起，故其聲學(xué)評(píng)估時(shí)被歸入鰹類，2015年通過聲學(xué)方法評(píng)估得南海北部外海春季鰹類資源為31.9×104t，秋季鰹類資源為50.1×104t［18］，若按何雄波［7］燈光圍網(wǎng)鮪漁獲產(chǎn)量占比估算，當(dāng)時(shí)鮪資源量2.1×104t～4.9×104t。本研究之非平衡剩余產(chǎn)量模型估計(jì)2015年資源量5.3×104～9.3×104t。造成估計(jì)結(jié)果差別大的原因可能是模型分析的數(shù)據(jù)來源覆蓋面更廣。何雄波［7］又得出2013—2014年燈光圍網(wǎng)的鮪資源開發(fā)率為0.63，為輕度超額開發(fā)。本研究采用了2種剩余產(chǎn)量模型，非平衡產(chǎn)量模型采用年際迭代計(jì)算，較平衡產(chǎn)量模型能計(jì)算出更多的種群管理參數(shù)。國際上評(píng)估認(rèn)為，平衡產(chǎn)量模型的計(jì)算結(jié)果存在較大偏差，傾向于采納非平衡產(chǎn)量模型分析的結(jié)果。非平衡產(chǎn)量模型采用非線性擬合，常常發(fā)生最小化不收斂擬合失敗的情況；而平衡產(chǎn)量模型采用的是線性擬合，不易失敗，通常都能得到一個(gè)結(jié)果。因此，在非平衡產(chǎn)量模型擬合失敗的情況下，平衡產(chǎn)量模型計(jì)算結(jié)果仍是一個(gè)備選項(xiàng)［19］。本研究中，根據(jù)平衡產(chǎn)量模型和非平衡產(chǎn)量模型的分析結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，其中，圍網(wǎng)50～100 kW 的CPUE時(shí)間序列經(jīng)非平衡產(chǎn)量模型分析的Kobe圖顯示，2013—2014年該作業(yè)方式與功率段的生產(chǎn)同時(shí)處于資源型過度捕撈和捕撈型過度捕撈的狀態(tài)。罩網(wǎng)201～300 kW 的CPUE時(shí)間序列經(jīng)平衡產(chǎn)量模型分析顯示，2020年存在過度捕撈（表2）；圍網(wǎng)50～100 kW 和刺網(wǎng)151～200 kW 的CPUE時(shí)間序列非平衡產(chǎn)量模型分析顯示，2020年存在過度捕撈（圖3），但罩網(wǎng)201～300 kW、圍網(wǎng)50～100 kW 和刺網(wǎng)151～200 kW 3種作業(yè)方式與功率段的產(chǎn)量占鮪總產(chǎn)量比例為13.73%（表1），其余作業(yè)方式與功率段在2020年未發(fā)生過度捕撈，因此，當(dāng)前鮪資源的利用狀況整體上較為樂觀。

3.2 漁業(yè)管理建議

鮪屬于小型金槍魚類，邱永松等［20］指出分布于南海周圍海域的小型金槍魚類遠(yuǎn)多于大型金槍魚類，其潛在漁獲量應(yīng)是大型金槍魚漁獲量數(shù)倍之多。張俊等［18］指出目前南海大型金槍魚資源已接近充分開發(fā)，而歸入鰹類的鮪資源尚存開發(fā)潛力。然而，當(dāng)前對(duì)鮪資源的管理技術(shù)指標(biāo)，例如最小可捕標(biāo)準(zhǔn)等缺乏研究，何雄波［7］提到燈光圍網(wǎng)和燈光罩網(wǎng)鮪漁獲的幼魚比例過大，高達(dá)85%。原因是鮪是在4—8月產(chǎn)卵，6—7月為產(chǎn)卵盛期［4］，最早在當(dāng)年8月出現(xiàn)幼魚群，魚體長還未長至性成熟規(guī)格，而此時(shí)南海休漁期已過，進(jìn)入捕魚季，故燈光圍網(wǎng)和燈光罩網(wǎng)漁獲中出現(xiàn)大量鮪的幼魚。針對(duì)此種情形，未來應(yīng)在這些作業(yè)漁船上研發(fā)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)施遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，避免濫捕幼魚資源。對(duì)于TAC的確定，莫奇龍等人［8－12］采取了多模型保守估計(jì)的方法，擬合出了多個(gè)剩余產(chǎn)量模型，然后選取這些模型估算的TAC值最小值作為建議TAC?？紤]到只是小部分作業(yè)方式與功率段發(fā)生了過度捕撈，本研究采取了折中的方法，根據(jù)其作業(yè)方式與功率段的產(chǎn)量所占比例，結(jié)合是否發(fā)生過度捕撈的判斷，以及不同模型輸出的MSY反算TAC，綜合推定出TAC為4.9×104t作為當(dāng)前鮪生產(chǎn)的管理目標(biāo)。