周艷波，謝恩閣，吳洽兒*，馮菲

(1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所，廣東 廣州 510300；2.上海海洋大學(xué) 海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306；3.農(nóng)業(yè)部外海漁業(yè)開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510300)

1 引言

鳶烏賊(Sthenoteuthis oualaniensis)是一種暖水大洋性頭足類，廣泛分布在南海外海海域，其具有生長周期短、資源儲(chǔ)量大等特點(diǎn)[1-3]。據(jù)中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所調(diào)查評(píng)估顯示，2014?2017 年南海鳶烏賊年可捕量在400 萬t 以上，2018 年年可捕撈量超過500 萬t[4]。目前我國鳶烏賊年捕撈量僅10 萬t，明顯處于未開發(fā)狀態(tài)，開發(fā)潛力巨大。因此，科學(xué)開發(fā)南海外海鳶烏賊資源是確保我國水產(chǎn)高蛋白有效供給、漁民持續(xù)穩(wěn)定增收、我國近海生態(tài)安全和漁區(qū)社會(huì)穩(wěn)定的有效措施。

由于鳶烏賊的棲息地分布和產(chǎn)量受到海表面溫度(Sea Surface Temperature,SST)、海表面高度(Sea Surface Height,SSH)及海表面葉綠素a(Sea Surface Chlorophylla,Chla)濃度等海洋環(huán)境因子影響較大[5]，因此，加強(qiáng)棲息地因子對(duì)鳶烏賊漁場(chǎng)的影響研究至關(guān)重要。范江濤等[1]和余景等[3]利用不同衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對(duì)中沙、西沙以及南沙海域鳶烏賊資源量變化和單變量海洋環(huán)境因子的關(guān)系進(jìn)行研究分析；招春旭[6]利用貝葉斯概率模型和分類樹模型對(duì)南海鳶烏賊漁場(chǎng)時(shí)空分布進(jìn)行研究；徐紅云[2]和范江濤等[7]利用鳶烏賊漁業(yè)數(shù)據(jù)和海洋環(huán)境數(shù)據(jù)建立基于環(huán)境因子的棲息地適應(yīng)性指數(shù)模型，表明了鳶烏賊的資源豐度和海洋環(huán)境因子之間的聯(lián)系。目前，學(xué)者大多數(shù)采用單個(gè)因子證實(shí)了鳶烏賊漁場(chǎng)范圍與環(huán)境因子的相關(guān)性，但對(duì)鳶烏賊中心漁場(chǎng)的時(shí)空分布規(guī)律與多個(gè)環(huán)境因子以及兩者之間的表征關(guān)系尚缺乏研究。本文利用2013?2018年北海市燈光罩網(wǎng)漁船在南海作業(yè)時(shí)的北斗船位數(shù)據(jù)、鳶烏賊生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及海洋環(huán)境因子數(shù)據(jù)(SST、SSH 和Chla濃度)，確定鳶烏賊中心漁場(chǎng)位置，建立各月鳶烏賊中心漁場(chǎng)與海洋環(huán)境因子的聯(lián)系，為開展南海外海的鳶烏賊漁場(chǎng)的預(yù)測(cè)以及預(yù)報(bào)系統(tǒng)的建立及研究提供參考。

2 材料和方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

（1）漁業(yè)數(shù)據(jù)來源于廣西壯族自治區(qū)北海市9 艘燈光罩網(wǎng)漁船2013?2018 年在南海的鳶烏賊生產(chǎn)數(shù)據(jù)，其主要信息為船名、船長、主機(jī)功率、燈光總功率、作業(yè)日期、作業(yè)漁區(qū)、經(jīng)度、緯度、作業(yè)時(shí)長、日產(chǎn)量等。

（2）本文選用的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)包括：SST、SSH、Chla濃度。其中，SST、Chla濃度數(shù)據(jù)來自美國NASA網(wǎng)站MODIS Aqua 衛(wèi)星傳感器數(shù)據(jù)(https://oceandata.sci.gsfc.nasa.gov/)，時(shí)間分辨率為月，空間分辨率為4 km；SSH 數(shù)據(jù)來自CMEMS 網(wǎng)站Global Ocean Physical Reanalysis Product 數(shù)據(jù)（http://marine.copernicus.eu），時(shí)間分辨率為月，空間分辨率為1°×1°。

2.2 生產(chǎn)數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)的匹配

單位捕撈努力量漁獲量（Catch Per Unit Effort，CPUE）定義為每艘船每天的捕撈產(chǎn)量，第i年、l月、k經(jīng)度、j緯度對(duì)應(yīng)的平均CPUE 值，其表達(dá)式如下：

SST 計(jì)算如下：

式中，SSTi,l,k,j為i年、l月、j緯度、k經(jīng)度漁區(qū)內(nèi)的平均SST；SSTx為i年、l月、j緯度、k經(jīng)度中的某個(gè)SST 數(shù)據(jù)[9]。

Chla濃度計(jì)算如下：

式中，Chlai,l,k,j為i年、l月、j緯度、k經(jīng)度漁區(qū)內(nèi)的平均Chla濃度；Chlax為i年、l月、j緯度、k經(jīng)度中的某個(gè)Chla濃度。

本研究的漁業(yè)數(shù)據(jù)CPUE 值按漁區(qū)（0.5°×0.5°）統(tǒng)計(jì)，且表征資源豐度指數(shù)，但SST、SSH、Chla濃度環(huán)境數(shù)據(jù)的空間分辨率與漁區(qū)范圍不一致，因此需要將環(huán)境因子數(shù)據(jù)的空間分辨率進(jìn)行轉(zhuǎn)化。其中SST 和Chla濃度數(shù)據(jù)空間分辨率較高，本文采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法按月計(jì)算每個(gè)漁區(qū)（0.5°×0.5°）的平均值；SSH 數(shù)據(jù)空間分辨率較低，采用ArcGIS 10.5 中Kriging 插值法[10]將其空間分辨率由1°×1°轉(zhuǎn)化為0.5°×0.5°（1 個(gè)漁區(qū)），最終使?jié)O業(yè)數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)的空間分辨率保持一致。最后利用 Matlab 軟件按相同的時(shí)空分辨率將CPUE 數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配。

2.3 漁場(chǎng)重心計(jì)算

南海鳶烏賊資源豐度具有一定的時(shí)空分布特征，本研究利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析鳶烏賊資源的時(shí)空分布變化。通過計(jì)算每月鳶烏賊漁場(chǎng)重心，反映漁場(chǎng)重心月時(shí)空分布變化情況。漁場(chǎng)重心計(jì)算公式為[11-12]

式中，X、Y分別表示每月南海外海鳶烏賊漁場(chǎng)重心經(jīng)度和緯度；Ci為i漁區(qū)的CPUE 值；Xi、Yi分別為i漁區(qū)的中心的經(jīng)度和緯度；K為每個(gè)月內(nèi)漁區(qū)的總個(gè)數(shù)。

2.4 漁場(chǎng)分布與海洋環(huán)境因子的關(guān)系

根據(jù)鳶烏賊CPUE 和SST、SSH、Chla濃度3 個(gè)海洋環(huán)境因子數(shù)據(jù)，通過計(jì)算各月CPUE值的大小與SST、SSH、Chla濃度的分布關(guān)系，可以得出鳶烏賊中心漁場(chǎng)形成的最適宜海洋環(huán)境因子的范圍。并根據(jù)K-S（Kolmogorov-Smirnov）進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)[13-15]，公式如下：

式中，n為樣本個(gè)數(shù)；t為分組環(huán)境因子數(shù)值（其中SST值以0.5℃為組距，SSH 值以1 cm 為組距以及Chla濃度以0.02 mg/m3為組距）；Xi為第i個(gè)月各環(huán)境因子觀察；yi為第i個(gè)月的CPUE 值；為各月的平均CPUE 值。

3 結(jié)果與分析

3.1 鳶烏賊資源豐度的年時(shí)空變化

圖1 南海外海鳶烏賊資源豐度空間年際變化(2013?2018 年)Fig.1 Yearly spatial change of abundance of Sthenoteuthis oualaniensis in the open South China Sea (2013?2018)

2013?2018 年南海鳶烏賊漁場(chǎng)范圍具有明顯擴(kuò)大和集中趨勢(shì)（圖1）。2013 年鳶烏賊漁場(chǎng)范圍相對(duì)較小，分布范圍集中在12°N 以南的南沙海域，總體作業(yè)范圍相對(duì)較??；2013 年之后，鳶烏賊漁場(chǎng)范圍逐漸擴(kuò)大，開始向中北部漁場(chǎng)擴(kuò)散。其中，2014?2016 年作業(yè)范圍較廣，涉及整個(gè)南海外海海域；2017?2018 年作業(yè)范圍集中在中北部漁場(chǎng)（10°N 以北），其作業(yè)范圍較為集中。不同年份的鳶烏賊資源豐度在不同海域也存在一定的變化，但總體變化較小。鳶烏賊資源豐度總體具有波動(dòng)增加趨勢(shì)，2013?2015 年CPUE 呈增加趨勢(shì)，2015 年達(dá)到頂峰，CPUE 為2 663 kg/d，之后CPUE 呈下降趨勢(shì)，2017 年CPUE 值降至最低，為1 859 kg/d，2018 年CPUE 再 次 增 加，為2 250 kg/d。2013?2018 年南部漁場(chǎng)（10°N 以南）的CPUE 在2015年達(dá)到頂峰，之后逐年降低，2018 年CPUE 數(shù)據(jù)為空值；中部漁場(chǎng)（10°～15°N）在2013?2018 年內(nèi)CPUE 總體趨于穩(wěn)定；北部漁場(chǎng)（15°N 以北）資源最為豐富，除了2013 年沒有數(shù)據(jù)之外，其他年份其CPUE 值在3 個(gè)漁場(chǎng)中最高，同樣在2015 年CPUE 達(dá)到頂峰。

3.2 鳶烏賊漁場(chǎng)重心分布

圖2 2013?2018 年1?12 月南海外海鳶烏賊漁場(chǎng)重心變化Fig.2 Changes of fishing ground center of Sthenoteuthis oualaniensis in the open South Sea from January to December in 2013?2018

在1 年內(nèi)，南海外海鳶烏賊漁場(chǎng)月重心位置存在明顯的由南向北再向南的變化軌跡（圖2）。其中，1 月鳶烏賊漁場(chǎng)重心主要分布在南沙海域一帶，漁場(chǎng)重心在9.6°N，110.4° E；2?5 月份漁場(chǎng)重心開始大幅度向東北方向移動(dòng)，平均漁場(chǎng)重心在12.4°N，112.8°E；6?8 月份漁場(chǎng)重心向南海南部方向轉(zhuǎn)移，位置變化幅度相對(duì)較小，平均漁場(chǎng)重心在11.1°N，113.4°E；9?11月份漁場(chǎng)重心除了大幅度向南海北部方向移動(dòng)之外，漁場(chǎng)重心也開始向陸地方向偏移，漁場(chǎng)重心在16.6°N，112.1°E；12 月至翌年1 月漁場(chǎng)重心有向南移動(dòng)趨勢(shì)，重心位置在12.8°N，111°E。

3.3 鳶烏賊資源月時(shí)空分布與海洋環(huán)境因子的關(guān)系

我國南海鳶烏賊全年均有作業(yè)，但各個(gè)月份的資源豐度、分布位置存在明顯的季節(jié)性差異。如表1 和圖3 所示，1?12 月鳶烏賊漁場(chǎng)的SST、SSH、Chla濃度總體比較適宜的作業(yè)范圍為：25～31℃、46～80 cm、0.05～0.27 mg/m3。其中，2?5 月，南海 鳶烏賊CPUE值最高、作業(yè)范圍最廣，平均CPUE 為3 114.69 kg/d，主要分布在9.5°～17.5°N 南海外海海域，適宜SST、SSH、Chla濃 度 分 別 為25.5～31℃、46～80 cm、0.05～0.2 mg/m3；6?8 月，CPUE 明 顯 下 降，平 均CPUE 為1 915.36 kg/d，其作業(yè)范圍主要在12°N 以南南沙海域，適宜SST、SSH、Chla濃度分別為27.5～31℃、58～78 cm、0.05～0.25 mg/m3；9?11 月，CPUE 值保持較高水平，平均 CPUE 為 2 702.5 kg/d，其 作 業(yè) 范 圍 主 要 在10°～17.5°N 中北部海域，作業(yè)漁場(chǎng)逐漸北移，其適宜SST、SSH、Chla濃度分別為27.5～29.5℃、54～76 cm、0.1～0.2 mg/m3；12 月 至翌 年1 月，資 源 變 化 變 動(dòng) 較小，平均CPUE 為2 435.07 kg/d，但作業(yè)范圍有所擴(kuò)大，除了在中西沙海域作業(yè)之外，部分漁船也在12°N 以南南沙海域作業(yè)，作業(yè)范圍有南移趨勢(shì)，其適宜的SST、SSH、Chla濃度范圍分別為25～28.5℃、62～72 cm、0.12～0.27 mg/m3。

3.4 K-S 檢驗(yàn)結(jié)果

通過 將2013?2018 年1?12 月份CPUE 值與海洋環(huán)境因子的關(guān)系進(jìn)行K-S 檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表2 所示，p＞0.05 表明CPUE 值和海洋環(huán)境因子二者之間沒有顯著性差異，即在各月海洋環(huán)境因子適宜條件下，CPUE 值呈現(xiàn)正態(tài)分布。因此，本研究中1?12 月生產(chǎn)漁區(qū)和各環(huán)境因子的范圍是適宜的，即各月適宜SST、SSH、Chla濃度范圍可以有效地表征鳶烏賊資源密度和漁場(chǎng)分布。

4 討論

4.1 南海鳶烏賊CPUE 時(shí)空變化

2013 年南海鳶烏賊的資源豐度相對(duì)較小，其作業(yè)范圍僅集中在12°N 以南南沙海域（圖1）。因?yàn)?013年以前，南沙漁業(yè)生產(chǎn)專項(xiàng)補(bǔ)助促使?jié)O民外出作業(yè)，但由于漁情預(yù)報(bào)技術(shù)和捕撈技術(shù)的落后，鳶烏賊產(chǎn)量較低；2014 年以后，隨著國家政策的調(diào)整、捕撈技術(shù)的進(jìn)步和部分升級(jí)改造漁船陸續(xù)下水，2014?2015年南海外海作業(yè)漁船逐步增多，作業(yè)范圍不斷擴(kuò)大，一部分漁船在中沙、西沙及南海外海海域作業(yè)，鳶烏賊CPUE 增加；2016?2017 年，至南海外海作業(yè)漁船數(shù)量劇增，鳶烏賊CPUE 下降；2018 年至南海外海作業(yè)的漁船數(shù)量有所下降，且隨著南海漁情海況的發(fā)展，漁民開始可以較為準(zhǔn)確的掌握一些漁場(chǎng)，因此鳶烏賊CPUE 回暖。各月份之間CPUE 值具有較大差異，這主要和鳶烏賊生活習(xí)性以及燈光罩網(wǎng)漁船作業(yè)特點(diǎn)有關(guān)。相關(guān)研究表明[1,16-17]，鳶烏賊為1 年生群體，資源量由大至小依次為春季、夏秋季、冬季，季節(jié)性變化較大，漁汛主要集中在2?6 月；此外，燈光罩網(wǎng)漁船作業(yè)特點(diǎn)為，在海面風(fēng)速達(dá)到7 級(jí)以上，作業(yè)較為危險(xiǎn)，秋冬季受季風(fēng)影響，風(fēng)速較大，因此，作業(yè)時(shí)間主要集中在春夏兩季，秋冬季較少[6]。綜上所述，CPUE時(shí)空變化受漁業(yè)生產(chǎn)影響大，難以全面反映南海鳶烏賊的資源時(shí)空變動(dòng)，系統(tǒng)性的資源調(diào)查有待加強(qiáng)。

表1 2013?2018 年1?12 月南海外海鳶烏賊資源豐度分布和海洋環(huán)境因子關(guān)系Table 1 Relationship between the abundance distribution of Sthenoteuthis oualaniensis in the open South China Sea and marine environmental factors from January to December in 2013?2018

4.2 南海鳶烏賊漁場(chǎng)月重心

鳶烏賊漁場(chǎng)月重心具有由南向北循環(huán)移動(dòng)的規(guī)律（圖2），這可能與南海的休漁制度、海洋環(huán)境及鳶烏賊的生活習(xí)性有一定的關(guān)系。由于鳶烏賊屬于暖水性大洋性頭足類，對(duì)溫度極其敏感[1,18]，因此其洄游路徑和海水溫度緊密相關(guān)。2?5 月鳶烏賊主要分布在9.5°～17.5°N（表1），是我國重要的中沙、西沙和南沙漁場(chǎng)，因?yàn)槟虾Ｊ艽杭緰|南季風(fēng)和夏季西南季風(fēng)的影響，產(chǎn)生較強(qiáng)的上升流區(qū)域，進(jìn)而使南海海表面高度變化較大，形成的流場(chǎng)鋒面、渦旋攜帶豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，為鳶烏賊提供充足的餌料，誘使鳶烏賊聚集，形成豐富的漁場(chǎng)[3,19]；6?8 月南海鳶烏賊漁場(chǎng)重心變化不大，因?yàn)??8 月南海12°N 以北漁場(chǎng)為休漁區(qū)[2,6]，漁場(chǎng)重心在12°N 以南；9?11 月漁場(chǎng)重心迅速北移，有以下兩個(gè)因素造成：（1）南海休漁期結(jié)束，北部海域允許作業(yè)；（2）受南海外海季風(fēng)影響，南部海域漁場(chǎng)風(fēng)浪較大，不適宜燈光罩網(wǎng)漁船作業(yè)。

4.3 CPUE 變化和棲息地因子的關(guān)系

圖3 南海外海鳶烏賊資源豐度空間月變化(1?12 月)Fig.3 Monthly spatial change of abundance of Sthenoteuthis oualaniensis in the open South China Sea (January to December)

表2 K-S 檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)Table 2 The statistic table of Kolmogorov-Smirnov test

本研究結(jié)果顯示，SST、SSH、Chla濃度對(duì)鳶烏賊漁場(chǎng)范圍影響較大，根據(jù)環(huán)境因子的適宜范圍可以較好地判別鳶烏賊的漁場(chǎng)范圍分布。徐紅云[2]認(rèn)為，南海鳶烏賊中心漁場(chǎng)最適宜SST 范圍在26.4～29.6℃之間；晏磊等[20]研究表明，鳶烏賊的溫度適宜性范圍隨季節(jié)不同會(huì)有所變化，春季最適SST 為25.6～29.6℃，秋季為27.6～30℃；范江濤等[1]研究結(jié)果同樣認(rèn)為鳶烏賊的溫度適宜性范圍隨季節(jié)變化有所不同；余景等[3]認(rèn)為，南海鳶烏賊在SST 為27～28℃ 時(shí)資源量達(dá)到最大值。本文研究結(jié)果認(rèn)為，當(dāng)SST 范圍在25～31℃之間，鳶烏賊資源較為豐富。研究結(jié)果顯示，SST 適宜范圍與以往研究相比范圍較廣，分析其原因，這可能是由于燈光罩網(wǎng)漁船在不同季節(jié)和不同海域作業(yè)的差異引起的，我國燈光罩網(wǎng)漁船在南海海域全年均有作業(yè)，作業(yè)海域涉及南海外海整個(gè)漁場(chǎng)，因此其SST分布范圍較廣。海面高度作為反映海水流向和海流狀況的物理量，海水的涌合有利于海水的輻散或者上升，導(dǎo)致使底層豐富的營養(yǎng)物質(zhì)、餌料等不斷向上補(bǔ)充，進(jìn)而促進(jìn)中上層魚類的生長、繁殖[21-22]。南海由于常年受季風(fēng)氣候以及熱帶氣旋影響，產(chǎn)生較強(qiáng)的上升流區(qū)域[23]，海表面高度變化較大，易形成流場(chǎng)鋒面、渦旋，從而攜帶大量的營養(yǎng)物質(zhì)，形成漁場(chǎng)。范江濤等[7]對(duì)2014 年中西沙海域鳶烏賊漁場(chǎng)進(jìn)行分析，認(rèn)為最適宜的SSH 范圍為90～110 cm，本研究結(jié)果顯示，鳶烏賊SSH 適宜性范圍在46～80 cm（表1），結(jié)果較為接近。主要原因?yàn)椋m然其與本研究的中西沙海域較為接近，但生產(chǎn)數(shù)據(jù)的時(shí)間尺度和漁場(chǎng)范圍均存在一定的差異。葉綠素a濃度表征海洋生產(chǎn)力，用于表征浮游動(dòng)植物的生物量[24-26]。余景等[3]認(rèn)為，中西沙鳶烏賊漁場(chǎng)的Chla濃度適宜性范圍為0.1～0.13 mg/m3；招春旭[6]認(rèn)為，南海中南部以及南沙海域鳶烏賊的漁場(chǎng)Chla濃度適宜性范圍為0.05～0.10 mg/m3。本研究結(jié)果顯示，鳶烏賊漁場(chǎng)的Chla濃度適宜性范圍為0.05～0.27 mg/m3（表1）。因本研究區(qū)域包括了中西沙海域以及南沙海域，所以Chla濃度適宜性范圍相對(duì)較大。

通過分析各月份SST、SSH、Chla濃度的適宜范圍，可以有效地表征鳶烏賊資源密度和漁場(chǎng)分布，在未來漁情預(yù)報(bào)研究中，綜合應(yīng)用SST、SSH、Chla濃度等海洋環(huán)境因子，可提前預(yù)估鳶烏賊中心漁場(chǎng)位置，指導(dǎo)漁業(yè)生產(chǎn)。