余景,胡啟偉,2,李純厚,張鵬,毛江美,2
(1.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所 廣東省漁業(yè)生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室 農(nóng)業(yè)部南海漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院海洋牧場(chǎng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州 510300;2.上海海洋大學(xué) 海洋科學(xué)學(xué)院,上海 201306)
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西沙-中沙海域春季鳶烏賊資源與海洋環(huán)境的關(guān)系
余景1,胡啟偉1,2,李純厚1,張鵬1,毛江美1,2
(1.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所 廣東省漁業(yè)生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室 農(nóng)業(yè)部南海漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院海洋牧場(chǎng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州 510300;2.上海海洋大學(xué) 海洋科學(xué)學(xué)院,上海 201306)
根據(jù)2006-2010年春季(3-5月)大型罩網(wǎng)漁船的生產(chǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),運(yùn)用廣義線性模型(Generalized Linear Model,GLM)對(duì)鳶烏賊單位捕撈努力量漁獲量(Catch Per Unit Effort,CPUE)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,同時(shí)結(jié)合衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)(海表溫度、葉綠素a濃度及海面風(fēng)場(chǎng))對(duì)西沙-中沙海域春季鳶烏賊資源量變化和海洋環(huán)境的關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明,春季鳶烏賊資源在海表溫度(Sea Surface Temperature,SST)25~28.5℃、葉綠素a濃度(chlorophyllaconcentration,Chla)0.1~0.16 mg/m3時(shí)隨著水溫的升高和葉綠素a濃度的降低而增大,資源量最高的SST范圍為27~28.5℃、Chla范圍為0.1~0.13 mg/m3。西沙-中沙海域春季Chla峰值出現(xiàn)在3月份,該時(shí)期為鳶烏賊的繁殖高峰期。鳶烏賊的資源量在5月份達(dá)到峰值,其對(duì)Chla的響應(yīng)時(shí)間延遲約2個(gè)月。此外,2008年春季鳶烏賊資源量波動(dòng)較大,與2007-2008年的拉尼娜事件引起的氣候異常有關(guān)。研究結(jié)果對(duì)于了解西沙-中沙海域鳶烏賊資源變動(dòng)規(guī)律、指導(dǎo)鳶烏賊資源科學(xué)生產(chǎn)、開發(fā)南海外海漁業(yè)資源等具有重要意義。
鳶烏賊;CPUE標(biāo)準(zhǔn)化;海洋環(huán)境;遙感;西沙-中沙海域
鳶烏賊(Symplectoteuthisoualaniensis)別名紅魷、南方魷等,屬槍形目,柔魚科,鳶烏賊屬,具有生命周期短、生長(zhǎng)速度快的特點(diǎn)[1]。廣泛分布在太平洋、印度洋的赤道和亞熱帶海域,是西沙-中沙海域光誘罩網(wǎng)的主要漁獲種類[2—4]。近年來,由于經(jīng)濟(jì)和人口的快速發(fā)展,南海北部陸架海域漁業(yè)資源過度捕撈,漁業(yè)生態(tài)環(huán)境不斷惡化,近海漁業(yè)資源枯竭,因此,拓展外海作業(yè)、發(fā)展遠(yuǎn)洋漁業(yè),勢(shì)在必行。聲學(xué)評(píng)估認(rèn)為,南海外海鳶烏賊資源年可捕量為2.36×106t[5],是南海最具潛力的蛋白質(zhì)資源之一,在南海深海漁業(yè)資源中具有非常重要的地位[6—10]。西沙-中沙海域的鳶烏賊資源正成為近年來南海外海漁業(yè)開發(fā)的主要對(duì)象[1,5]。
從20世紀(jì)60年代開始,前蘇聯(lián)和日本等國(guó)家對(duì)印度洋西北公海海域鳶烏賊資源進(jìn)行調(diào)查[7],對(duì)鳶烏賊的攝食習(xí)性[8]、種群結(jié)構(gòu)[9—10]和中尺度分布特征[11]等進(jìn)行了初步研究。1999年Siriraksophon[12]等對(duì)越南海域鳶烏賊資源量進(jìn)行了首次探測(cè),發(fā)現(xiàn)該區(qū)域鳶烏賊單位捕撈努力量漁獲量(Catch Per Unit Effort,CPUE)范圍在0.25~9.11尾/(線·h),在水深50~100 m的水體資源量較為豐富。進(jìn)入21世紀(jì),Parry等對(duì)鳶烏賊的食性進(jìn)行了研究[13—15]。我國(guó)2003年首次對(duì)印度洋西北海域的鳶烏賊進(jìn)行了生產(chǎn)探捕和資源調(diào)查[16],對(duì)鳶烏賊漁場(chǎng)分布[16—20]、資源密度[16]、棲息地[21]、漁場(chǎng)形成機(jī)制及其變化規(guī)律[22]等進(jìn)行了研究。目前國(guó)內(nèi)西沙-中沙海域鳶烏賊的研究主要在其生物學(xué)特征[6,23]、產(chǎn)量、資源開發(fā)狀況和海洋環(huán)境特征[24—27]等方面,結(jié)合統(tǒng)計(jì)模型對(duì)西沙-中沙海域鳶烏賊資源量變動(dòng)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間序列分析的研究較少。不同環(huán)境因子對(duì)鳶烏賊資源變動(dòng)的影響機(jī)制,還需要應(yīng)用多種手段進(jìn)行長(zhǎng)期的觀測(cè)分析。
西沙-中沙海域距離陸地遠(yuǎn),資源調(diào)查難度較大,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取困難。衛(wèi)星遙感具有大尺度、長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)同步觀測(cè),便于獲取的優(yōu)勢(shì)[28],結(jié)合漁業(yè)資源資料可以更全面的了解海洋生物資源變動(dòng)的機(jī)制。本研究根據(jù)2006-2010年西沙-中沙海域春季(3-5月)鳶烏賊生產(chǎn)調(diào)查資料,結(jié)合海洋遙感數(shù)據(jù),分析西沙-中沙海域春季鳶烏賊資源量變動(dòng)與海洋環(huán)境因子的關(guān)系,為南海中部海域鳶烏賊生產(chǎn)和評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)。
2.1 研究區(qū)域
西沙-中沙海域位于南海中部,屬于熱帶海域,是我國(guó)海南省三沙市的重要組成部分。受南亞季風(fēng)影響,氣候條件優(yōu)越,島嶼附近海洋生物種類豐富,是我國(guó)主要的熱帶漁場(chǎng)[29]。研究區(qū)域位于13°~19°N、110°~116°E(圖1虛線框內(nèi))(圖1)。鳶烏賊資源數(shù)據(jù)來自“瓊文昌33180”大型罩網(wǎng)漁船的生產(chǎn)監(jiān)測(cè)記錄,漁船的參數(shù)為:木質(zhì),全長(zhǎng)32 m,型寬5.8 m,型深2.9 m;主機(jī)1臺(tái),功率220.5 kW,副機(jī)1臺(tái),功率183.8 kW。漁船配238盞金屬鹵化物集魚燈(×1 kW),撐桿舷外有效長(zhǎng)度26.8 m,網(wǎng)具沉子綱長(zhǎng)208 m,網(wǎng)衣拉直高度66 m,最淺作業(yè)水深40 m[30]。
2.2 數(shù)據(jù)來源
鳶烏賊資源數(shù)據(jù)來自南海漁業(yè)資源調(diào)查“瓊文昌33180”大型罩網(wǎng)漁船西沙-中沙海域生產(chǎn)監(jiān)測(cè)記錄。監(jiān)測(cè)船2005年7月建成下水,是近幾年從事外海罩網(wǎng)捕撈的主力船型,各個(gè)調(diào)查年份的作業(yè)情況見表1。作業(yè)站位點(diǎn)空間分辨率為0.5°×0.5°(圖1),統(tǒng)計(jì)內(nèi)容包括作業(yè)日期、航次、經(jīng)度、緯度及產(chǎn)量等。
衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)包括海表溫度(sea surface temperature,SST)、葉綠素a濃度(sea surface chlorophyllaconcentration,Chla)和海面風(fēng)場(chǎng)(sea surface wind,SSW)。SST和Chla數(shù)據(jù)來自美國(guó)NASA Ocean Color網(wǎng)站MODISA衛(wèi)星反演的mapped數(shù)據(jù)(http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/),時(shí)間分辨率為1 d,空間分辨率為4 km。2006-2009年的海表面風(fēng)場(chǎng)資料來自QuikScat傳感器數(shù)據(jù)產(chǎn)品,由于QuikScat傳感器2009年后停止服務(wù),2010年的海表面風(fēng)場(chǎng)資料來自Windsat衛(wèi)星散射計(jì)資料反演的level-3級(jí)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品(http://www.remss.com/)。所有SSW資料均為升軌數(shù)據(jù),時(shí)間分辨率為1 d,空間分辨率為0.25°×0.25°。
表1 大型燈光罩網(wǎng)漁船作業(yè)航次及網(wǎng)次
圖1 研究區(qū)域圖Fig.1 Map of study area虛線框?yàn)樘崛?shù)據(jù)的范圍Dotted box is the area data extracted from
2.3 數(shù)據(jù)處理方法
應(yīng)用R軟件對(duì)單位捕撈努力量漁獲量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。本研究參考官文江[31]、戴小杰[32]等的方法,運(yùn)用廣義線性模型(Generalized Linear Model,GLM)對(duì)以每10天為單位的作業(yè)網(wǎng)次捕撈產(chǎn)量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化前對(duì)CPUE進(jìn)行對(duì)數(shù)變換,使其接近正態(tài)分布。根據(jù)因子顯著性(P<0.05)和赤池信息準(zhǔn)則值(Akaike information criterion,AIC)選擇模型變量。本研究采用的GLM模型一般表達(dá)試為:
lg (CPUE+c)=Year+Month+Ymd+Moon+
Lat+Lon+SST+error,
(1)
式中,c為常數(shù),取總平均數(shù)的10%[26];Ymd為以10天為時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間效應(yīng);Moon為月相效應(yīng);Lat為緯度效應(yīng);Lon為經(jīng)度效應(yīng);SST為海表溫度效應(yīng);error為N(0,σ2)。由于時(shí)空因子和環(huán)境變量之間關(guān)系非常復(fù)雜(如自相關(guān)等),一般使用GLM模型進(jìn)行CPUE 標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)忽略它們之間的交互效應(yīng)[32]。
應(yīng)用MATLAB軟件讀取研究區(qū)域的衛(wèi)星遙感SST、Chla、SSW數(shù)據(jù),去除無效值,以10 d為時(shí)間單位求各要素的平均值,通過高斯函數(shù)擬合和線性擬合分析各環(huán)境要素(SST、Chla和SSW)的相關(guān)性,通過高斯擬合結(jié)合空間趨勢(shì)面插值分析SST、Chla和鳶烏賊資源量的關(guān)系。利用GRADS軟件繪制SSW、SST、Chla及標(biāo)準(zhǔn)化CPUE熱圖。
3.1 海表溫度、葉綠素a濃度和海面風(fēng)場(chǎng)的關(guān)系
對(duì)2006-2010年春季(3-5月)西沙中沙海域海表溫度、葉綠素a濃度和海面風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)(時(shí)間分辨率為天,空間分辨率為0.25°×0.25°)進(jìn)行高斯擬合(圖2a)和線性擬合(圖2b)。結(jié)果表明,SSW與SST呈高斯函數(shù)關(guān)系,擬合優(yōu)度r2值為0.614。SSW在5~6.5 m/s范圍內(nèi)SST呈波動(dòng)變化,當(dāng)風(fēng)速大于6.5 m/s時(shí),SST下降較快(圖2a)。3月上旬,風(fēng)速大約5 m/s時(shí),SST出現(xiàn)4個(gè)較低值(圖2a)。SST與Chla呈較好的線性關(guān)系,擬合優(yōu)度r2值為0.823。隨著SST增大Chla逐漸降低,兩因子間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖2b)。
圖2 2006-2010年春季(3-5月)西沙-中沙海域風(fēng)速、海表溫度和葉綠素a的關(guān)系圖Fig.2 Correlation analysis of SSW,SST and Chl a in Xisha-Zhongsha waters in spring (March to May),2006-2010a為風(fēng)速與海表溫度的高斯擬合,b為海表溫度與葉綠素a的線性擬合,c為風(fēng)速、海表溫度和葉綠素a散點(diǎn)圖a. Gaussian fitting of SSW and SST. b. Linear fitting of SST and Chl a. c. Scatter graph of SSW,SST and Chl a
整個(gè)調(diào)查期間(2006-2010年3-5月),研究區(qū)域SSW主要變化范圍在4~7 m/s,最大風(fēng)速為9.2 m/s。SST主要變化范圍在26.5~28.5℃,最低SST為25.1℃,最高SST為28.5℃。Chla主要變化范圍為0.1~0.15 mg/m3,最高Chla為0.154 mg/m3,最低Chla為0.101 mg/m3(圖2c)。
3.2 CPUE標(biāo)準(zhǔn)化
運(yùn)用GLM模型對(duì)鳶烏賊資源量進(jìn)行CPUE標(biāo)準(zhǔn)化之前,需要確定其統(tǒng)計(jì)分布,CPUE的直方圖呈正偏態(tài)分布(圖3a),對(duì)CPUE進(jìn)行對(duì)數(shù)變換后,其偏態(tài)分布有所改善,基本符合正態(tài)分布(圖3b)。因此,在標(biāo)準(zhǔn)化之前,對(duì)CPUE進(jìn)行對(duì)數(shù)變換。應(yīng)用R軟件的逐步回歸法(Stepwise Method)對(duì)GLM進(jìn)行運(yùn)算,結(jié)果表明,Year、Ymd、Lon、SST因子加入后模型AIC值降低,累計(jì)偏差解釋率提高,模型擬合較好。其中,Year對(duì)模型偏差解釋率為2.58%,Ymd對(duì)模型的偏差解釋率為7.78%,Lon對(duì)模型的偏差解釋率為6.96%,SST對(duì)模型解釋偏差最高,達(dá)到15.32%(表2)。
表2 累計(jì)解釋偏差和逐步GLM 分析中各模型的AIC 值
根據(jù)AIC值得出最佳的GLM模型為:
lg (CPUE+c)=Year+Ymd+Lon+
SST+error.
(2)
根據(jù)改進(jìn)后的GLM模型(2)計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)化CPUE(StandardizeCatchPerUnitEffort,SCPUE)(圖4)。結(jié)果表明,2006-2010年標(biāo)準(zhǔn)化CPUE從3月份到5月份總體呈增加趨勢(shì),2009-2010年變動(dòng)較小。2006-2010年主要變化范圍為0.5~1.5。主要變化范圍為0.5~1.5。標(biāo)準(zhǔn)化CPUE的最大值為1.6,出現(xiàn)在2007年5月下旬,最小值為0.161,出現(xiàn)在2008年3月上旬(圖4)。
圖3 2006-2010年3-5月CPUE頻數(shù)分布(a)和對(duì)數(shù)變換后的頻數(shù)分布(b)Fig.3 Distribution of CPUE frequency(a) and logarithmic transformation CPUE frequency(b) from March to May,2006-2010
圖4 2006-2010年春季(3-5月)西沙-中沙海域CPUE標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果(空白處為數(shù)據(jù)缺失)Fig.4 SCPUE in spring (March to May),2006-2010 in Xisha-Zhongsha waters(blank is for the missing data)
圖5 2006-2010年春季(3-5月)西沙-中沙海域SSW(a)、 SST(b)、Chl a(c)及標(biāo)準(zhǔn)化CPUE(d)變化Fig.5 Variations of SSW (a), SST (b), Chl a (c) and SCPUE (d) in Xisha-Zhongsha waters in spring (March to May),2006-2010
圖6 2006-2010年春季(3-5月)西沙-中沙海域SSW(a)、SST(b)、Chl a(c)、標(biāo)準(zhǔn)化CPUE(d)及鳶烏賊數(shù)據(jù)量(e)的時(shí)間序列Fig.6 Time series of SSW (a), SST (b), Chl a (c), SCPUE (d) and number of Symplectoteuthis oualanien-sis survey data (e) in Xisha-Zhongsha waters in spring (March to May), 2006-2010箭頭表示鳶烏賊資源量的峰值,灰色虛線表示2008年的氣候異常對(duì)鳶烏賊資源的影響(空白處為數(shù)據(jù)缺失)Arrows indicate peak values of SCPUE of Symplectoteuthis oualaniensis, gray dotted line shows the influence of abnormal climate to Symplectoteuthis oualaniensis resources (blank is for the missing data)
3.3 海面風(fēng)場(chǎng)、海表溫度、葉綠素a濃度及標(biāo)準(zhǔn)化CPUE的時(shí)間序列變化
2006-2010年春季(3-5月)西沙-中沙海域海面風(fēng)速、海表溫度、葉綠素a濃度及標(biāo)準(zhǔn)化CPUE的時(shí)間序列分布如圖5和圖6。SSW變化幅度較小,主要在5~6 m/s范圍內(nèi)波動(dòng);最大值為9.2 m/s,出現(xiàn)在2008年3月上旬;最小值為5.6 m/s,出現(xiàn)在2007年3月上旬。2008年3月到5月SSW呈現(xiàn)下降趨勢(shì),在6~9 m/s左右變動(dòng)。此外,SSW在2008年3-5月高于2006-2007年及2009-2010年3-5月(圖5a,6a)。
2006-2010年3月到5月SST逐漸遞增,2010年5月下旬SST最高,為28.5℃,2008年3月上旬SST最低,為25.15℃。其中2006-2008年3-5月SST增加較快,變化范圍為26~28.5℃,2009-2010年3-5月SST變化相對(duì)平緩,變化范圍為27~28.5℃。2008年3月上旬SST為25.1℃,低于同時(shí)期其他年份(圖5b,6b)。
2006-2010年3月到5月Chla逐漸降低,2008年3月上旬Chla最高,為0.154 mg/m3,2010年5月下旬Chla最低,為0.101 mg/m3。其中2006-2008年3-5月Chla下降較快,變化范圍為0.1~0.16 mg/m3,2009-2010年3-5月Chla變化相對(duì)平緩,變化范圍為0.1~0.14 mg/m3(圖5c, 6c)。
2006-2010年3月到5月標(biāo)準(zhǔn)化CPUE逐漸增高,2007年5月下旬標(biāo)準(zhǔn)化CPUE最高,為1.53;2008年3月上旬最低,為0.16。其中,2006-2008年3-5月標(biāo)準(zhǔn)化CPUE增加較快,變化范圍為0.1~2,2009-2010年3-5月標(biāo)準(zhǔn)化CPUE增加相對(duì)平緩(圖5d, 6d)。調(diào)查期間,鳶烏賊每旬的數(shù)據(jù)量主要為5~10個(gè),2008年3月及5月中旬、2010年3月下旬的數(shù)據(jù)量偏少,2009年3-5月部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失(圖6e)。
3.4 海表溫度、葉綠素a濃度和標(biāo)準(zhǔn)化CPUE的關(guān)系
對(duì)2006-2010年春季(3-5月)西沙中沙海域SST和標(biāo)準(zhǔn)化CPUE進(jìn)行高斯擬合,結(jié)果表明,SST與標(biāo)準(zhǔn)化CPUE呈高斯函數(shù)關(guān)系,擬合優(yōu)度r2值為0.45。在SST為25~28.5℃范圍內(nèi),隨著水溫升高,鳶烏賊資源量逐漸增大,在SST為27~28℃時(shí)鳶烏賊資源量達(dá)到最大值,在SST高于28.5℃以后鳶烏賊資源量呈下降趨勢(shì)(圖7a)。
對(duì)2006-2010年春季(3-5月)西沙中沙海域Chla和標(biāo)準(zhǔn)化CPUE進(jìn)行高斯擬合,結(jié)果表明,Chla與標(biāo)準(zhǔn)化CPUE呈高斯函數(shù)關(guān)系,擬合優(yōu)度r2值為0.47。在Chla值為0.11~0.13 mg/m3時(shí)鳶烏賊資源量達(dá)到最大值,在Chla高于0.13 mg/m3以后鳶烏賊資源量呈下降趨勢(shì)(圖7b)。
對(duì)2006-2010年春季(3-5月)西沙中沙海域SST、Chla及標(biāo)準(zhǔn)化CPUE進(jìn)行空間趨勢(shì)面插值,結(jié)果表明,在SST為25~28.5℃、Chla為0.1~0.16 mg/m3范圍內(nèi),標(biāo)準(zhǔn)化CPUE隨SST的升高逐漸增大。SST在27~28.5℃、Chla在0.1~0.13 mg/m3時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化CPUE較高(圖7c)。
圖7 2006-2010年春季(3-5月)西沙-中沙海域SST、Chl a與標(biāo)準(zhǔn)化CPUE的關(guān)系Fig.7 Relationship of SST, Chl a and SCPUE in Xisha-Zhongsha waters in spring (March to May), 2006-2010 a為SST與標(biāo)準(zhǔn)化CPUE的關(guān)系;b為Chl a與標(biāo)準(zhǔn)化CPUE的關(guān)系;c為SST、Chl a與標(biāo)準(zhǔn)化CPUE的空間關(guān)系a. Relationship between SST and SCPUE; b. relationship between Chl a and SCPUE; c. distribution of SST, Chl a and SCPUE
4.1 海面風(fēng)場(chǎng)、海表溫度與葉綠素a濃度的關(guān)系
浮游植物的生長(zhǎng)與海洋環(huán)境的關(guān)系密切,葉綠素a濃度能夠指示海洋浮游植物的生長(zhǎng)和分布狀況。南海海表溫度與局地風(fēng)場(chǎng)具有很強(qiáng)的季節(jié)性變化特征[33]。夏季,西沙-中沙海域以西南風(fēng)為主,冬季,西沙-中沙海域以東北風(fēng)為主[34]。春季為東北風(fēng)向西南風(fēng)過渡的季節(jié),海表風(fēng)速較低,主要在5~6.5 m/s范圍內(nèi)。本研究表明,西沙-中沙海域春季SSW和SST相關(guān)關(guān)系擬合優(yōu)度r2值為0.614,無顯著相關(guān)性(圖2a),只有當(dāng)SSW大于6.5 m/s時(shí)SST下降較快。這可能是由于春季盛行風(fēng)不顯著,較低風(fēng)速對(duì)水溫影響有限,水溫主要受季節(jié)變化的影響。
西沙-中沙海域春季SST的變化和Chla有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖2b)。2006-2008年3-5月期間SST呈上升趨勢(shì),Chla呈下降趨勢(shì),但Chla處于較高濃度水平(圖6b,圖6c,圖7b)。西沙-中沙海域距離陸地較遠(yuǎn),陸源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)難以到達(dá),浮游植物的生長(zhǎng)主要受海水垂直交換帶來的營(yíng)養(yǎng)鹽和水溫等的影響。一方面,西沙-中沙海域混合層存在明顯季節(jié)變化,冬季受較強(qiáng)的東北季風(fēng)影響,混合層的面積和厚度遠(yuǎn)大于夏季[35]。春季是南海季風(fēng)的轉(zhuǎn)換期,南海漂流減弱,春末轉(zhuǎn)變?yōu)槠绷鲃?dòng),南海環(huán)流轉(zhuǎn)變?yōu)橄募灸J?,西?中沙海域混合層厚度降低[35],物質(zhì)垂直交換減弱,表層Chla濃度降低。另一方面,春末正值西沙-中沙海域從春季向夏季過渡時(shí)期,環(huán)流減弱[36],同時(shí)水溫升高,風(fēng)速降低(圖6a,6b),海表熱量分布均勻,有利于海水分層流動(dòng)的形成和發(fā)展[37],海水的分層流動(dòng)限制了水體的垂直交換[38],底層營(yíng)養(yǎng)鹽難以補(bǔ)充到表層,浮游植物濃度逐漸降低[39]。
4.2 海表溫度與鳶烏賊資源量的關(guān)系
溫度是影響魚類活動(dòng)主要的環(huán)境因子之一,魚類的集群、遷移洄游和分布等都直接或間接地受到環(huán)境溫度的限制[40]。鳶烏賊是暖水性的大洋性種,漁場(chǎng)和SST密切相關(guān),其生活習(xí)性對(duì)SST有一定的適宜范圍[23]。本研究表明,春季(3-5月)西沙中沙海域鳶烏賊漁場(chǎng)的SST為25~28.5℃,高的鳶烏賊資源量出現(xiàn)在SST為26.5~28.5℃的區(qū)域(圖6a)。南海中南部海域鳶烏賊資源調(diào)查發(fā)現(xiàn),春季作業(yè)漁場(chǎng)SST為25.6~29.6℃,最適宜SST分布于28.5~29.5℃[25]。阿拉伯北部公海的探捕生產(chǎn)情況表明,鳶烏賊中心漁場(chǎng)的適宜SST為27~29℃[41],印度洋西北部海域鳶烏賊資源漁場(chǎng)的SST為25~29℃[17],但主要分布在SST為25~26℃和27~28℃的區(qū)域。本研究結(jié)果與阿拉伯北部公海海域調(diào)查結(jié)果接近,與南海中南部海域調(diào)查有一定差異。這是由于漁場(chǎng)的緯度不同,本研究區(qū)域與阿拉伯北部公海調(diào)查海域緯度接近,作業(yè)漁場(chǎng)SST與鳶烏賊適宜的SST較一致。春季,西沙-中沙海域水溫逐漸升高,Chla濃度也處于較高水平,海域初級(jí)生產(chǎn)力較高,為鳶烏賊資源量的增加提供了環(huán)境和餌料基礎(chǔ)(圖6b,6c,6d)。
基于GLM模型的CPUE標(biāo)準(zhǔn)化反映鳶烏賊資源量變化更加客觀[31],還可以衡量不同時(shí)空和環(huán)境因子對(duì)CPUE的影響[32]。本研究中,GLM模型中SST因子對(duì)CPUE的偏差解釋率最高,達(dá)到15.32%(表2),說明鳶烏賊受水溫變化影響較大。鳶烏賊對(duì)水溫較為敏感[27],3月份SST較低不適宜其生長(zhǎng)。4月份鳶烏賊進(jìn)入繁殖高峰期[23],隨著4-5月份水溫逐漸升高,鳶烏賊仔魚獲得適宜的水溫環(huán)境,其生命周期短、生長(zhǎng)速度快的特點(diǎn),使4-5月份鳶烏賊資源量逐漸升高,在5月份達(dá)到峰值(圖6d)。戴小杰[32]、李綱等[42]、陸化杰等[43]運(yùn)用GLM模型進(jìn)行CPUE標(biāo)準(zhǔn)化累計(jì)偏差解釋率范圍為25%~40%,本研究運(yùn)用該模型對(duì)CPUE總累計(jì)偏差解釋率為32.64%(表2),與前人研究結(jié)果相似。GLM模型對(duì)鳶烏賊CPUE偏差解釋率有限,主要是因?yàn)轼S烏賊的生長(zhǎng)受到多種環(huán)境因子、海域餌料生物量等的影響[19—21],單一的環(huán)境因素對(duì)鳶烏賊資源量解釋有限(表2);此外,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)量對(duì)模型計(jì)算及統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果也有一定影響(表2,圖6e)。
4.3 葉綠素a濃度與鳶烏賊資源量的關(guān)系
葉綠素a濃度能相對(duì)準(zhǔn)確地反映海域浮游植物現(xiàn)存量,浮游植物作為浮游動(dòng)物重要的攝食來源,是海洋初級(jí)生產(chǎn)力的重要組成部分[44]。鳶烏賊中心漁場(chǎng)的分布與浮游動(dòng)物密切相關(guān)[45],Chla的高低直接影響浮游動(dòng)物的生物量和分布。本研究發(fā)現(xiàn),春季(3-5月)在西沙-中沙海域,鳶烏賊高資源量出現(xiàn)在5月份Chla較低處,低資源量出現(xiàn)在3月份Chla最高處,出現(xiàn)“高葉綠素低資源量”和“低葉綠素高資源量”的現(xiàn)象,這可能與鳶烏賊的生物習(xí)性導(dǎo)致的資源量滯后有關(guān)[46]。鳶烏賊以魚類、頭足類、甲殼類為主要攝食對(duì)象,攝食等級(jí)較高,以3、4級(jí)為主[23]。3月份,海表Chla濃度較高,海域初級(jí)生產(chǎn)力較高,但該時(shí)期較低的水溫不適宜鳶烏賊仔魚大量生長(zhǎng)。因此,3月份鳶烏賊的資源量較低(圖6d)。4-5月份隨著水溫的升高,仔魚在高的初級(jí)生產(chǎn)力和適宜水溫的環(huán)境下快速生長(zhǎng),鳶烏賊資源量在5月份達(dá)到最大值(圖6d)。本研究表明,西沙-中沙海域春季鳶烏賊資源量峰值對(duì)Chla峰值的響應(yīng)時(shí)間延遲約2個(gè)月 (圖6c,6d)。此外,2009-2010年鳶烏賊標(biāo)準(zhǔn)化CPUE波動(dòng)較小,可能與該時(shí)期漁業(yè)資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量較少有關(guān)(圖6d,6e)。
4.4 氣候異常對(duì)鳶烏賊資源的影響
鳶烏賊作為短生命周期的柔魚類,其資源狀況對(duì)環(huán)境變化極為敏感,氣候異常會(huì)使其資源發(fā)生波動(dòng),尤其是厄爾尼諾(El Nio)和拉尼娜(La Nia)事件[47]。本研究發(fā)現(xiàn),西沙-中沙海域在2008年3月上旬SSW最大,SST最低(圖6a,6b中虛線表示),這可能與2008年年初拉尼娜導(dǎo)致的我國(guó)南方冰雪天氣和西沙中沙海域局部環(huán)流異常有關(guān)。2007年8月形成的一次拉尼娜事件于2008年4月結(jié)束,期間赤道中東太平洋海溫偏低,南海水溫也隨之出現(xiàn)偏低狀況[48]。此外,2008年春季西太平洋暖池區(qū)熱帶對(duì)流活動(dòng)偏強(qiáng),西沙-中沙海域位于西太平洋暖池邊緣[49],強(qiáng)對(duì)流天氣導(dǎo)致西沙中沙海域風(fēng)速增大,水溫下降,降雨量偏多[49—50]。拉尼娜事件引起西太平洋暖池上升流增強(qiáng)[49],SSW增大,導(dǎo)致海表熱力分布差異,增強(qiáng)了該區(qū)域海水的垂直交換[37],由此帶來底層相對(duì)豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。在熱帶海域,這種相對(duì)低溫高營(yíng)養(yǎng)的底層水帶到表層,造成區(qū)域的浮游植物藻華[35—36,51],導(dǎo)致表層Chla升高[39](圖6c)。2008年3月上旬鳶烏賊的資源量是5年內(nèi)春季(2006-2010年3-5月)最低值 (圖6d),這是由于該時(shí)期SST較低,不適宜鳶烏賊的大量生長(zhǎng)[17],但是該時(shí)期較高的Chla為4-5月份鳶烏賊仔魚的生長(zhǎng)提供了物質(zhì)基礎(chǔ),因此,2008年5月份鳶烏賊的資源量達(dá)到2006-2010年春季(3-5月)最大值(圖6d)。
本研究應(yīng)用海面風(fēng)場(chǎng)、海表溫度與葉綠素a濃度等海洋遙感資料結(jié)合漁業(yè)資源生產(chǎn)數(shù)據(jù),分析了西沙-中沙海域春季鳶烏賊資源與海洋環(huán)境的關(guān)系。結(jié)果表明,春季西沙-中沙海域鳶烏賊生長(zhǎng)適宜的SST為25.5~28.5℃,Chla為0.11~0.15 mg/m3。鳶烏賊資源量較高的區(qū)域在SST為27~28.5℃,Chla為0.11~0.13 mg/m3的水域。鳶烏賊資源量與Chla相關(guān),其響應(yīng)延遲約2個(gè)月。此外,氣候異常對(duì)鳶烏賊資源量有一定的影響,2008年春季鳶烏賊資源量有較大波動(dòng),與2007-2008年的拉尼娜事件與有關(guān)。
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Relationship between theSymplectoteuthisoualaniensisresource and environmental factors in the Xisha-Zhongsha waters in spring
Yu Jing1,Hu Qiwei1,2, Li Chunhou1,Zhang Peng1,Mao Jiangmei1
(1.KeyLaboratoryofFisheryEcologyandEnvironmentofGuangdongProvince/ScientificObservingandExperimentalStationofSouthChinaSeaFisheryResourcesandEnvironmentofMinistryofAgriculture/KeyLaboratoryofMarineRanchingTechnologyofCAFS,SouthChinaSeaFisheriesResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,Guangzhou510300,China; 2.CollegeofMarineScience,ShanghaiOceanUniversity,Shanghai201306,China)
Variations ofSymplectoteuthisoualaniensisresource was studied in Xisha-Zhongsha waters in spring (March to May) during 2006-2010, using standardize catch per unit effort (CPUE) based on Generalized Linear Models (GLM). The relationship betweenSymplectoteuthisoualaniensisabundance and environmental factors,including satellite remote sensing sea surface wind (SSW), sea surface temperature (SST) and chlorophyllaconcentration (Chla) were analyzed. Results showed thatSymplectoteuthisoualaniensisresource increased as while as SST raised in the range of 25-28.5 ℃ and Chladecreased in the range of 0.1-0.16 mg/m3. The maximum CPUE ofSymplectoteuthisoualaniensisappeared when SST varied in the range of 27-28.5℃ and Chlachanged between 0.1-0.13 mg/m3. The peak value of Chlain Xisha-Zhongsha waters appeared in March, which was one of the breeding months ofSymplectoteuthisoualaniensis. The peak value of theSymplectoteuthisoualaniensisresource appeared in May. Response ofSymplectoteuthisoualaniensisto Chladelayed for about two months. In addition, resource abundance ofSymplectoteuthisoualaniensisin spring of 2008 fluctuated in wider range, partly connected with climate change induced by La Nia in 2007-2008. Results of this study were meaningful to understand variations ofSymplectoteuthisoualaniensis, to guide for scientifically fishing, and to develop fishery resources in deep sea in Xisha-Zhongsha waters, South China Sea.
Symplectoteuthisoualaniensis; CPUE standardization; marine environment; remote sensing; Xisha-Zhongsha waters
10.3969/j.issn.0253-4193.2017.06.007
2016-11-09;
2017-01-17。
國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2012BAD18B01,2012BAD18B02,2013BAD13B06);農(nóng)業(yè)部財(cái)政項(xiàng)目南海海洋捕撈生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)查(640)。
余景(1974—),女,河南省信陽市人,副研究員,主要從事漁業(yè)遙感研究。E-mail:yujing@scsfri.ac.cn
S931
A
0253-4193(2017)06-0062-12
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