方星楠，余 為,2,3,4，陳新軍,2,3,4

( 1.上海海洋大學 海洋科學學院，上海 201306； 2.國家遠洋漁業(yè)工程技術(shù)研究中心，上海 201306； 3.大洋漁業(yè)資源可持續(xù)開發(fā)教育部重點實驗室，上海 201306； 4.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大洋漁業(yè)開發(fā)重點實驗室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大洋漁業(yè)資源環(huán)境科學觀測實驗站，上海 201306 )

莖柔魚(Dosidicusgigas)是我國重要的遠洋捕撈對象，廣泛分布于太平洋東部，即下加利福尼亞半島(N 30°)以南至智利(S 45°)以北海域，而在赤道附近可達到W 125°[1-2]。莖柔魚是日本、中國和南美洲沿海國在東南太平洋的重要捕撈對象[3]。中國大陸魷釣船于2001年首次進入秘魯海域進行規(guī)模化生產(chǎn)，2004年轉(zhuǎn)向智利外海作業(yè)，之后規(guī)模不斷擴大[4-5]。2004年莖柔魚總產(chǎn)量達到2.0×105t，2011年達到2.5×105t，成為我國重要的遠洋捕撈對象[5]。

相關(guān)學者已對莖柔魚的年齡和生長[6]、漁場分布[7]、環(huán)境因子的影響[8-9]以及繁殖習性[10-11]等進行了較多研究，但研究區(qū)域主要集中于秘魯、智利外海和加利福尼亞灣海域。莖柔魚的漁場分布與其洄游密切相關(guān)，秘魯外海莖柔魚存在南北洄游現(xiàn)象，1—6月漁場重心向北偏移，7—12月向南偏移[12]。加利福尼亞灣海域中，莖柔魚在瓜伊馬斯海域和圣羅薩莉亞海域之間也存在著明顯的季節(jié)性洄游[13]。研究表明，東太平洋赤道海域也有莖柔魚分布，大多為小型群體，且漁汛時間長，產(chǎn)量穩(wěn)定[2,14-15]。但由于赤道海域是新開發(fā)的漁場，關(guān)于該漁場的分布以及環(huán)境因子的分析甚少。

廣義加性模型已廣泛應用在海洋漁業(yè)中，用來評估環(huán)境因子對魚類資源豐度的影響。萬榮等[16]用廣義加性模型分析了黃海近岸海域短吻紅舌鰨(Cynoglossusjoyneri)夏季產(chǎn)卵場的空間分布及其年際變化；武勝男等[17]用廣義加性模型選取了影響西北太平洋日本鯖(Scomberjaponicus)資源豐度的關(guān)鍵環(huán)境因子。海表面溫度、海表面高度、葉綠素a含量等均為影響漁業(yè)資源分布的關(guān)鍵環(huán)境因子[9,16-17]。筆者根據(jù)2017年1—7月我國遠洋魷釣船在東太平洋赤道海域的生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，利用廣義加性模型分析不同環(huán)境因子對莖柔魚資源豐度的影響，并分析各月莖柔魚漁場重心的變化，以及捕撈努力量與環(huán)境因子的關(guān)系，據(jù)此為赤道海域內(nèi)莖柔魚資源的合理開發(fā)和利用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

莖柔魚漁獲數(shù)據(jù)來自于上海海洋大學魷釣科學技術(shù)組，時間為2017年1—7月，海域位置為W 123°～81°，N 3°～S 9°(圖1)，空間分辨率為0.5°×0.5°，時間分辨率為月。數(shù)據(jù)內(nèi)容包括作業(yè)經(jīng)緯度、作業(yè)時間、漁獲量和作業(yè)次數(shù)。赤道海域?qū)儆谖覈鼛啄晷麻_發(fā)的莖柔魚漁場，漁獲統(tǒng)計數(shù)據(jù)相對缺乏，而2017年1—7月?lián)碛性敿毜臐O業(yè)捕撈數(shù)據(jù)，因此筆者針對2017年1—7月赤道海域莖柔魚漁場漁業(yè)數(shù)據(jù)進行重點分析。

圖1 東太平洋赤道海域莖柔魚漁場

環(huán)境因子選取海表面溫度和葉綠素a質(zhì)量濃度，來自O(shè)cean-Watch網(wǎng)站(https:∥oceanwatch.pifsc.noaa.gov)，區(qū)域范圍為W 124°～79°、N 4°～S 10°。將下載的環(huán)境數(shù)據(jù)預處理成空間分辨率為0.5°×0.5°，并與漁業(yè)數(shù)據(jù)進行匹配。

1.2 分析方法

定義經(jīng)、緯度0.5°×0.5°為1個漁區(qū)，作業(yè)次數(shù)定義為捕撈努力量，按月計算每個漁區(qū)的捕撈努力量和平均單位捕撈努力量漁獲量，分析捕撈努力量和平均單位捕撈努力量漁獲量的月間變化，單位捕撈努力量漁獲量按下式計算：

CPUE=Ci/ni

(1)

式中，CPUE為單位捕撈努力量漁獲量，Ci為漁區(qū)i的總漁獲量，ni為漁區(qū)i的捕撈努力量。

繪制每個月的捕撈作業(yè)位置分布圖，表征漁場資源分布的變動情況。

統(tǒng)計赤道海域漁場的捕撈努力量，分析各月捕撈努力量在經(jīng)、緯度上的分布情況，定義高捕撈努力量區(qū)域。

利用漁場重心法，計算各月的經(jīng)緯度重心，來表征重心漁場位置的變化情況。漁場重心的計算公式如下：

(2)

(3)

式中，X、Y分別為經(jīng)緯度重心位置，Ci為漁區(qū)i的產(chǎn)量，Xi為漁區(qū)i的經(jīng)度，Yi為漁區(qū)i的緯度，k為漁區(qū)總個數(shù)。

利用廣義加性模型，判斷海表面溫度、葉綠素a質(zhì)量濃度與單位捕撈努力量漁獲量的相關(guān)性程度，并分析月份之間的相關(guān)性的差異。采用R軟件包的mgcv函數(shù)庫構(gòu)建廣義加性模型，計算公式如下：

CPUE=factor(month)+s(sst)+s(Chl-a)+ε

(4)

式中，factor為影響函數(shù)，month為月份，sst為海水表面溫度，s為平滑曲線函數(shù)，Chl-a為葉綠素a質(zhì)量濃度，ε為誤差項。

統(tǒng)計赤道海域漁場的捕撈努力量，分析各月份捕撈努力量在不同海表面溫度和葉綠素a質(zhì)量濃度區(qū)間內(nèi)的頻率分布情況，定義各月份適宜溫度范圍和適宜葉綠素a質(zhì)量濃度范圍。

2 結(jié) 果

2.1 作業(yè)區(qū)域的分布情況

捕撈作業(yè)位置分布見圖2。整體上看，1月、3月作業(yè)位置相對集中，其他月較為分散。1—7月作業(yè)位置逐漸向東南方向偏移，6—7月作業(yè)位置偏移明顯。1—5月主要作業(yè)位置在緯度方向上變化較小，大致分布在赤道附近，即N 2°～S 2°內(nèi)。自5月開始，主要作業(yè)海域逐漸向南偏移，每月偏移約2°。在經(jīng)度方向上，主要作業(yè)位置的月間變化明顯。1月的主要作業(yè)區(qū)域為W 115.0°～120.0°，并隨著月份的增加逐漸向東偏移。前5個月偏移較小，約為3°～4°，6—7月偏移較大，約為10°。

圖2 2017年1—7月捕撈作業(yè)位置分布

2.2 月平均單位捕撈努力量漁獲量、捕撈努力量的月間變化

整體上看捕撈努力量隨著月份的增加而增加(圖3)，只有在3—4月有所下降，7月捕撈努力量達到最高；而月平均單位捕撈努力量漁獲量卻在逐漸降低，在4—5月和6—7月略有升高。

圖3 2017年1—7月份捕撈努力量、單位捕撈努力量漁獲量的變化情況

2.3 1—7月漁場重心的時空變化

1—7月漁場重心的時空變化見圖4。從緯度上看，1—5月的漁場重心基本未發(fā)生變化，均在赤道上下浮動，但是到6—7月，漁場重心向南移動，且緯度每月偏移2°。從經(jīng)度上看，漁場重心逐漸向東偏移，前5個月偏移較小，基本在2°內(nèi)，6—7月偏移較大，偏移約10°。綜上所述，漁場重心向東南方向偏移，且漁場重心的月間變化情況跟作業(yè)分布區(qū)域的月間變化基本情況一致。由此可見，作業(yè)次數(shù)密集的海域可以代表漁場的位置。

圖4 2017年1—7月漁場重心的變化情況

2.4 1—7月捕撈努力量在經(jīng)緯度上的變化

1—7月份捕撈努力量在經(jīng)緯度上主要分布范圍呈現(xiàn)顯著的月間變化(表1、圖5)。

圖5 捕撈努力量在經(jīng)度和緯度上的分布

表1 1—7月份捕撈努力量在經(jīng)緯度上主要分布范圍

2.5 環(huán)境因子與捕撈努力量、單位捕撈努力量漁獲量的關(guān)系

2.5.1 廣義加性模型檢驗的結(jié)果

廣義加性模型檢驗各環(huán)境因子與單位捕撈努力量漁獲量的關(guān)系見表2。結(jié)果顯示，兩個環(huán)境因子的P值均小于0.05，即海表面溫度、葉綠素a質(zhì)量濃度均與單位捕撈努力量漁獲量顯著相關(guān)。

表2 各環(huán)境因子與單位捕撈努力量漁獲量的廣義加性模型檢驗結(jié)果

廣義加性模型的結(jié)果見圖6。月份對單位捕撈努力量漁獲量的影響均為負影響，4月影響程度最大；海表面溫度對單位捕撈努力量漁獲量的影響先為負影響后為正影響，隨著海表面溫度的增大，海表面溫度對單位捕撈努力量漁獲量的影響先減弱后逐漸增強，但是影響程度變化不大；葉綠素a質(zhì)量濃度對單位捕撈努力量漁獲量的影響均為負影響，隨著葉綠素a質(zhì)量濃度的增大，葉綠素a質(zhì)量濃度對單位捕撈努力量漁獲量的影響呈先減弱后增強的趨勢。

圖6 廣義加性模型獲得的3個變量對單位捕撈努力量漁獲量的影響

2.5.2 赤道海域環(huán)境因子適宜范圍的月間變化

捕撈努力量與環(huán)境因子的關(guān)系見圖7。每月的適宜海表面溫度范圍和葉綠素a質(zhì)量濃度范圍見表3。不同月份適宜海表面溫度范圍存在差異。最適海表面溫度隨月份增大先升后降。7月最低，為23.2～23.4 ℃，4月最高，為26.8～27.2 ℃。而適宜葉綠素a質(zhì)量濃度范圍在前5個月相同，均為0.14～0.16 mg/m3；而6、7月的適宜葉綠素a質(zhì)量濃度逐漸升高，分別為0.16～0.18 mg/m3和0.18～0.20 mg/m3。

圖7 捕撈努力量與環(huán)境因子的關(guān)系

表3 1—7月適宜海表面溫度和葉綠素a質(zhì)量濃度范圍

3 討 論

3.1 莖柔魚漁場與海流的關(guān)系

陳新軍等[4,18-20]認為，東太平洋海區(qū)的莖柔魚漁場分布與加利福尼亞海流、赤道暖流和秘魯寒流均有著密切的聯(lián)系。在赤道海域，分布著由南赤道流、北赤道流、赤道潛流和赤道逆流所組成的暖流系統(tǒng)[21]。而東南太平洋秘魯外海，赤道暖流與秘魯寒流交匯，形成上升流海區(qū)[20]。上升流海區(qū)由于海水涌升作用，底層海水中的營養(yǎng)鹽被帶到表層，經(jīng)過浮游植物的光合作用，初級生產(chǎn)力和次級生產(chǎn)力增加，從而形成良好的漁場[22-23]。本研究結(jié)果顯示，赤道海域莖柔魚漁場的月間分布存在差異，均在赤道暖流和赤道逆流附近。漁場重心向東南方向偏移，即轉(zhuǎn)向了赤道暖流與秘魯寒流交匯處的秘魯海域,而秘魯海域存在著廣泛的上升流。因此，漁場可能與該海域內(nèi)的流場分布有密切關(guān)聯(lián)。

3.2 環(huán)境因子與捕撈努力量的關(guān)系

莖柔魚生命周期短，其資源分布和資源量易受到環(huán)境因子的影響[8]，本研究結(jié)果表明，不同月份適宜的海表面溫度范圍存在著差異，1—7月最適海表面溫度范圍先升后降，并在4月產(chǎn)生最大值。章寒等[24]研究2018年2—4月赤道海域莖柔魚的生物學特征，并統(tǒng)計其采樣點的海表面溫度，2月為24.6～25.2 ℃，3月為24.6～25.6 ℃，4月為26.8～27.2 ℃。陳新軍等[25]研究了2013年4—6月赤道海域莖柔魚的時空分布情況，認為4月高單位捕撈努力量漁獲量海域主要集中在N 0°30′～1°18′，W 160°～119°，5月高單位捕撈努力量漁獲量海域主要集中在N 0°36′～1°12′，W 115°56′～116°10′，6月高單位捕撈努力量漁獲量海域主要集中在N 0°35′～1°，W 114°53′～115°40′，與本研究結(jié)果(漁場位置空間變化情況)基本一致。適宜海表面溫度4月為25.5～26.5 ℃，5月為24.0～25.5 ℃，6月為23.0～24.0 ℃。這些研究結(jié)果不但與本研究相同月份的最適溫度相差無幾，并且變化趨勢也相同。

陳新軍等[25]認為，莖柔魚不同漁場內(nèi)的最適水溫存在較大差異。統(tǒng)計本研究中所有月份捕撈努力量在海表面溫度區(qū)間的分布情況，赤道海域1—7月最適海表面溫度為23～27 ℃。智利外海莖柔魚的最適海表面溫度為14～19 ℃[4]、秘魯外海為17～23 ℃[20]。由此可見，在赤道海域，莖柔魚的最適海表面溫度范圍比智利外海和秘魯海域的高。貢藝等[26]認為，相對于秘魯外海，智利外海所處緯度較高，其海表面溫度相對更低，而赤道海域同時受赤道暖流的影響，并且日照強度最高，所以具有較高的海表面溫度。

赤道海域莖柔魚1—7月適宜葉綠素a質(zhì)量濃度為0.10～0.25 mg/m3。胡振明等[27]研究了秘魯海域莖柔魚的漁場分布情況，認為最適葉綠素a質(zhì)量濃度為0.20～0.40 mg/m3。方學燕等[28]研究了智利外海2010—2013年3—5月莖柔魚的預報模型的優(yōu)化中，認為最適葉綠素a質(zhì)量濃度為0.08～0.37 mg/m3。本研究中，3—5月赤道海域莖柔魚最適葉綠素a質(zhì)量濃度為0.14～0.16 mg/m3。

3.3 赤道海域莖柔魚生物習性與漁場分布的關(guān)聯(lián)

有學者做了赤道莖柔魚群體生物學特性的研究，包括胴長、體質(zhì)量、性腺成熟度、性別比例以及胃含物等級，并與其他海域(秘魯海域、智利外海、哥斯達黎加外海)做了比較[14-15,29]，認為赤道海域的莖柔魚為小型群體，且雌性莖柔魚發(fā)育并未成熟，雄性在赤道海域發(fā)育較快，已經(jīng)接近成熟，推斷雄性已經(jīng)離開赤道海域往秘魯外海進行生殖洄游，這與本研究結(jié)果(漁場重心的時空變化)相一致。劉連為等[30]利用基因組高通量測序技術(shù)獲得了12個莖柔魚多態(tài)性微衛(wèi)星DNA位點，分析發(fā)現(xiàn)，秘魯外海與赤道海域的莖柔魚存在顯著的遺傳分化。

2003—2017年在農(nóng)業(yè)部的支持下，我國首次發(fā)現(xiàn)了4個魷魚新漁場(印度洋西北、西南大西洋公海、智利外海、東太平洋赤道)，其中2個分布在東太平洋海域[25]。莖柔魚廣泛分布于東太平洋海域，但是對其的種群鑒定、洄游過程以及每個漁場是否存在聯(lián)系仍尚不清楚[5]。赤道海域作為魷魚新漁場之一，研究莖柔魚在赤道海域的時空分布情況，可為其他學者研究其種群鑒定、洄游過程等提供參考依據(jù)。

4 結(jié) 論

依據(jù)2017年1—7月赤道海域莖柔魚漁獲數(shù)據(jù)，并結(jié)合廣義加性模型來研究赤道海域莖柔魚的時空變動規(guī)律和環(huán)境因子對單位捕撈努力量漁獲量影響情況，研究結(jié)果表明，赤道海域1—7月赤道海域莖柔魚漁場重心逐漸向東南方向偏移，1—5月偏移程度較小，6—7月偏移程度較大。廣義加性模型結(jié)果表明，1—7月莖柔魚適宜海表面溫度隨月份增大先增后減，4月海表面溫度最高，為26.8～27.2 ℃，適宜葉綠素a質(zhì)量濃度在前5個月不變，均為0.14～0.16 mg/m3，而6、7月分別為0.16～0.18、0.18～0.20 mg/m3。