張艷婧,余 為,2,3,4,5*,方星楠

(1. 上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院,上海 201306;2. 國家遠(yuǎn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 201306;4. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大洋漁業(yè)開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 201306;5. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大洋漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站,上海 201306)

引 言

莖柔魚(Dosidicusgigas)又稱“美洲大赤魷”,隸屬于頭足綱(Cephalopoda),槍形目(Teuthoidea),柔魚科(Ommastrephidae),莖柔魚屬(Dosidicus),是世界重要的經(jīng)濟(jì)頭足類之一[1]。莖柔魚為大洋性種類,資源豐富,經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高,廣泛分布于東太平洋海域,主要分布在西經(jīng)140°以東的加利福尼亞半島(37°N)至智利(47°S)一帶海域[2-3]。1974年莖柔魚漁業(yè)開始發(fā)展,以秘魯海域近海的手釣鉤為主,漁獲量較少。到20世紀(jì)90年代,莖柔魚資源被大規(guī)模開發(fā)和利用,主要捕撈國家有秘魯、日本、墨西哥、智利、中國等,產(chǎn)量總體上呈現(xiàn)上升的趨勢,最高產(chǎn)量超過80萬t[4-5]。我國魷釣船于2001年才在秘魯海域?qū)ηo柔魚資源進(jìn)行規(guī)?；刹?于2012年初首次發(fā)現(xiàn)了東太平洋赤道公海附近海域的莖柔魚漁場,目前,莖柔魚已成為我國魷釣船的重要捕撈對(duì)象[6-7]。

莖柔魚生命周期短,一般為1～2年,其資源量變動(dòng)對(duì)氣候變動(dòng)和海洋環(huán)境變化極為敏感。當(dāng)環(huán)境條件不利于莖柔魚生長時(shí),莖柔魚會(huì)迅速作出響應(yīng),轉(zhuǎn)移到其他相對(duì)適宜的棲息地[8-9]。相關(guān)研究表明,莖柔魚的資源豐度和棲息地分布受不同時(shí)空尺度的海洋環(huán)境和氣候條件的顯著影響[10]。厄爾尼諾(El Nio)和拉尼娜(La Nia)事件分別是太平洋中東部海域表溫異常變暖和變冷的源頭,其發(fā)生會(huì)導(dǎo)致莖柔魚的資源和漁場發(fā)生劇烈波動(dòng)[11]。水溫是影響莖柔魚的資源豐度和棲息地空間分布的主要因素之一。厄爾尼諾和拉尼娜事件主要通過影響水溫因子來調(diào)控莖柔魚棲息地的變化[12]。但莖柔魚空間分布廣泛,水溫因子對(duì)莖柔魚漁場的時(shí)空分布影響具有明顯差異。當(dāng)前,國內(nèi)外針對(duì)莖柔魚赤道和秘魯兩大主要漁場海域環(huán)境變化對(duì)莖柔魚漁場的影響差異研究尚不夠充分。因此,本文根據(jù)我國魷釣船2012—2018年的生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)資料,選取影響莖柔魚的最關(guān)鍵環(huán)境因子海表面溫度(sea surface temperature, SST),并結(jié)合拉尼娜事件,分析赤道和秘魯莖柔魚漁場時(shí)空分布情況及其與水溫變化之間的關(guān)系,掌握其資源空間分布的變化規(guī)律,為合理開發(fā)和長效利用秘魯和赤道海域的莖柔魚資源提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

漁業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)來自中國遠(yuǎn)洋漁業(yè)數(shù)據(jù)中心,時(shí)間為2012—2018年。數(shù)據(jù)內(nèi)容包括作業(yè)時(shí)間(年和月)、作業(yè)位置(經(jīng)緯度)、捕撈努力量(作業(yè)次數(shù))、漁獲量等。研究秘魯海域范圍為8°～20°S,75°～95°W,赤道海域范圍為5°N～5°S,125°～85°W(圖1),空間分辨率為0.5°×0.5°。

圖1 赤道和秘魯海域莖柔魚主要作業(yè)漁場分布

本文環(huán)境數(shù)據(jù)為SST,數(shù)據(jù)來源于美國大學(xué)夏威夷研究中心(http://apdrc.soest.hawaii.edu),時(shí)間分辨率為月,空間分辨率均轉(zhuǎn)化為0.5°×0.5°。拉尼娜事件采用Nio 3.4區(qū)海表溫距平值(sea surface temperature anomaly, SSTA)指標(biāo)來表征,其數(shù)據(jù)來自美國海洋大氣局(NOAA)氣候預(yù)報(bào)中心網(wǎng)站(https://www.cpc.ncep.noaa.gov/)。

1.2 分析方法

(2)依據(jù)2012—2018年1—12月的SST數(shù)據(jù),分別對(duì)2012—2018年1—12月秘魯和赤道海域的SST進(jìn)行年間和月間變化分析,并對(duì)比研究赤道和秘魯海域的水溫差異。此外,利用交相關(guān)函數(shù)分析Nio 3.4指數(shù)與兩個(gè)莖柔魚漁場內(nèi)SST的滯后相關(guān)性,對(duì)比分析這兩個(gè)海域?qū)δ嶂Z指數(shù)的響應(yīng)差異。

(3)根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),漁獲量和捕撈努力量在水溫和經(jīng)緯度上的差異分布非常相似,可以得出漁獲量和捕撈努力量的結(jié)果基本一致。因此,本文保留捕撈努力量的結(jié)果。利用2012—2018年12月、1月和2月的SST、經(jīng)緯度和捕撈努力量的數(shù)據(jù),分別繪制出赤道和秘魯海域12月、1月和2月捕撈努力量在水溫和經(jīng)緯度上的頻次分布圖,對(duì)比分析兩個(gè)海域捕撈努力量在空間分布及環(huán)境的影響差異。同時(shí),依據(jù)捕撈努力量分布最高頻次的溫度定義為莖柔魚最適宜的水溫。

(5)以1月份為例,繪制出赤道和秘魯海域拉尼娜年份與正常氣候年份的SST空間分布圖,分析其空間分布變化特征。此外,繪制出赤道和秘魯海域拉尼娜年份與正常氣候年份1月的莖柔魚在適宜SST范圍的空間分布圖,分析其變動(dòng)規(guī)律。

2 結(jié)果

2.1 赤道和秘魯海域SST的年間和月間變化及對(duì)尼諾指數(shù)的響應(yīng)差異

從圖2可以看出,赤道和秘魯海域在2012—2018年SST值的變化有所起伏,大致上呈現(xiàn)先降低再增加后降低的趨勢,且赤道海域的SST值普遍高于秘魯海域。在秘魯海域,2016年SST最高,其值為22.5 ℃±2.36;2018年SST最低,其值為21.45 ℃±3.05。在赤道海域,2015年SST最高,其值為26.61 ℃±1.38;2013年SST最低,其值為24.52 ℃±2.06。如圖3所示,赤道和秘魯海域1—12月SST值同樣呈現(xiàn)明顯的月間變化,大致呈現(xiàn)先增加再降低后增加的趨勢,且1—12月的赤道海域的SST值普遍高于秘魯海域。在秘魯海域,3月SST最高,其值為24.91 ℃±1.46;9月SST最低,其值為19.42 ℃±1.30。在赤道海域,4月SST最高,其值為27.29 ℃±0.91;9月SST最低,其值為23.94 ℃±1.87。

圖2 2012—2018年赤道和秘魯海域SST年間變化差異

圖3 2012—2018年1—12月赤道和秘魯海域SST月間變化差異

圖4 Nio3.4指數(shù)與赤道和秘魯海域SST的交相關(guān)系數(shù)

2.2 捕撈努力量在水溫和經(jīng)緯度上的分布差異

秘魯和赤道海域莖柔魚捕撈努力量在不同水溫區(qū)間的分布存在明顯差異(圖5)。12月,在秘魯海域,捕撈努力量主要集中在SST值為15～23 ℃的范圍內(nèi),最適宜的SST值為20 ℃,適宜范圍為20～21 ℃;在赤道海域,捕撈努力量主要集中在SST值為21～24 ℃的范圍內(nèi),最適宜的SST值為24 ℃,適宜范圍為23～24 ℃。1月,在秘魯海域,捕撈努力量主要集中在SST值為20～25 ℃的范圍內(nèi),最適宜的SST值為23 ℃,適宜范圍為21～23 ℃;在赤道海域,捕撈努力量主要集中在SST值為21～24 ℃的范圍內(nèi),最適宜的SST值為23 ℃。2月,在秘魯海域,捕撈努力量主要集中在SST值為19～27 ℃的范圍內(nèi),最適宜的SST值為24 ℃,適宜范圍為23～24 ℃;在赤道海域,捕撈努力量主要集中在SST值為23～27 ℃的范圍內(nèi),最適宜的SST值為25 ℃,適宜范圍為24～25 ℃。

圖5 2012-2018年12月、1月和2月赤道和秘魯海域莖柔魚捕撈努力量在水溫和經(jīng)緯度上的分布差異

赤道和秘魯海域捕撈努力量在空間上的分布同樣存在明顯差異(圖5)。12月,在秘魯海域,捕撈努力量主要分布在76°～94°W,8°～20°S海域;在赤道海域,捕撈努力量主要分布在96°～113°W,1°～5°S海域。1月,在秘魯海域,捕撈努力量主要分布在75°～95°W,8°～20°S海域;在赤道海域,捕撈努力量主要分布在107～121°W,1°N～5°S海域。2月,在秘魯海域,捕撈努力量主要分布在76°～94°W,8°～20°S海域;在赤道海域,捕撈努力量主要分布在104°～121°W,2°N～5°S海域。在這幾個(gè)月中,無論是經(jīng)度還是緯度,在秘魯海域的捕撈努力量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過在赤道海域的捕撈努力量。其中秘魯海域在1月的捕撈努力量最高,其次是12月,在2月的捕撈努力量最少;赤道海域在2月的捕撈努力量最多,其次是1月,在12月的捕撈努力量最少。

2.3 拉尼娜與正常氣候條件下兩海域捕撈努力量在水溫和經(jīng)緯度上的分布差異

圖6 顯示拉尼娜和正常氣候下1月和2月秘魯和赤道海域莖柔魚捕撈努力量時(shí)空分布變化。1月,在赤道海域,拉尼娜和正常氣候條件下的捕撈努力量分別主要集中在SST值為21～24 ℃和23～24 ℃的范圍內(nèi);在秘魯海域,拉尼娜和正常氣候條件下的捕撈努力量分別主要集中在SST值為21～24 ℃和21～25 ℃的范圍內(nèi)。相比于正常氣候,拉尼娜事件下無論是赤道還是秘魯海域,莖柔魚的捕撈努力量都有所增加?？臻g上,在赤道海域,拉尼娜氣候條件下的捕撈努力量主要分布在107°～118°W,1°～4°S海域;正常氣候條件下的捕撈努力量主要分布在111～121°W,1°N～5°S海域;在秘魯海域,拉尼娜氣候條件下的捕撈努力量主要分布在78°～95°W,12°～20°S海域;正常氣候條件下的捕撈努力量主要分布在75°～95°W,8°～20°S海域。

圖6 拉尼娜和正常氣候下1月和2月赤道和秘魯海域莖柔魚捕撈努力量在水溫和經(jīng)緯度上的分布差異

2月,在赤道海域,拉尼娜和正常氣候條件下的捕撈努力量分別主要集中在SST值為23～26 ℃和23～27 ℃的范圍內(nèi);在秘魯海域,拉尼娜和正常氣候條件下的捕撈努力量分別主要集中在SST值為23～25 ℃和19～27 ℃的范圍內(nèi)?？臻g上,在赤道海域,拉尼娜氣候條件下的捕撈努力量主要分布在109°～120°W,2°N～4°S海域;正常氣候條件下的捕撈努力量主要分布在104～121°W,2°N～5°S海域;在秘魯海域,拉尼娜氣候條件下的捕撈努力量主要分布在80°～82°W,16°～20°S海域;正常氣候條件下的捕撈努力量主要分布在76°～94°W,8°～20°S海域。

2.4 拉尼娜與正常氣候條件下兩海域SST空間分布及最適宜水溫面積對(duì)比

根據(jù)莖柔魚的捕撈努力量在水溫上的分布可以找出莖柔魚漁場適宜的分布范圍。由圖7可以看出,當(dāng)拉尼娜事件發(fā)生時(shí),秘魯海域的莖柔魚漁場的水溫相較于正常氣候的水溫明顯偏低,特別在近海水域水溫降低更為明顯,且秘魯海域莖柔魚適宜的水溫面積擴(kuò)張,適宜范圍且向北移動(dòng)。由圖8可以看出,當(dāng)拉尼娜事件發(fā)生時(shí),赤道海域的莖柔魚漁場的水溫相較于正常氣候同樣降低明顯,特別是在1°N～3°S之間出現(xiàn)明顯的帶狀冷水團(tuán),且拉尼娜事件下莖柔魚適宜的水溫面積明顯擴(kuò)張。

圖7 拉尼娜和正常氣候下1月份秘魯海域的SST空間分布及最適宜的水溫面積

圖8 拉尼娜和正常氣候下1月赤道海域的SST空間分布圖

3 討論

本文研究了2012—2018年赤道和秘魯海域水溫對(duì)莖柔魚漁場時(shí)空分布的影響差異。研究發(fā)現(xiàn)赤道和秘魯漁場內(nèi)SST具有明顯的年際和月間變化,赤道海域SST明顯高于秘魯海域,且赤道和秘魯海域水溫對(duì)莖柔魚漁場的適宜SST范圍具有明顯的差異。此外,Nio 3.4指數(shù)與SST呈顯著的正相關(guān),但秘魯海域?qū)δ嶂Z指數(shù)變化的響應(yīng)相對(duì)赤道海域具有明顯的滯后性。本文還進(jìn)一步分析了拉尼娜氣候?qū)ηo柔魚漁場的水溫影響和棲息地面積的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)拉尼娜事件會(huì)使莖柔魚漁場的水溫偏低,適宜的棲息地面積擴(kuò)張;捕撈努力量在不同經(jīng)緯度上明顯增加;漁場空間上相對(duì)正常氣候年份更為分散。

莖柔魚作為一種短生命周期的大洋中上層頭足類,其棲息范圍環(huán)境的變化對(duì)其資源豐度和時(shí)空分布會(huì)產(chǎn)生較大的影響[13]。國內(nèi)外許多學(xué)者已進(jìn)行較多研究評(píng)估了莖柔魚資源變動(dòng)與海洋環(huán)境因子的關(guān)系[14-17]。其中,國內(nèi)外一些學(xué)者Cairistiona等[18]、Taipe等[19]、陳新軍等[20]主要從水溫變化對(duì)莖柔魚漁場和資源豐度的變化進(jìn)行了研究,這些學(xué)者均認(rèn)為水溫因子是影響莖柔魚生長、新陳代謝等最為重要的環(huán)境因子,對(duì)其棲息分布影響最高。此外,也有部分學(xué)者分別采用權(quán)重求和法和幾何平均法進(jìn)行莖柔魚的棲息地適宜指數(shù)建模分析,選擇最優(yōu)模型進(jìn)行實(shí)證,結(jié)果表明,在眾多環(huán)境因子中,權(quán)重最高的環(huán)境因子均是SST[21]。莖柔魚對(duì)水溫變化反應(yīng)迅速,當(dāng)水溫不適宜時(shí),其種群會(huì)快速轉(zhuǎn)移至其他更為適宜的水溫環(huán)境中,因此可以通過水溫的變化來探測莖柔魚的漁場分布。例如,李莉等[22]根據(jù)莖柔魚生產(chǎn)數(shù)據(jù)和該海域海表溫度數(shù)據(jù),采用海表溫度適應(yīng)性指數(shù)(Suitability index,SI)模型預(yù)測方法進(jìn)行了研究,研究結(jié)果顯示,隨著水溫的升高,莖柔魚棲息地經(jīng)向自西向東轉(zhuǎn)移,緯向自北向南轉(zhuǎn)移。

莖柔魚廣泛分布在東太平洋海域,作業(yè)漁場包括赤道、秘魯和智利等海域。目前作業(yè)產(chǎn)量較高的海域是赤道和秘魯,也是中國和其他國家捕撈的重要海域[23]。但是兩個(gè)海域海洋環(huán)境差異明顯,特別是影響莖柔魚重要的環(huán)境因子SST具有明顯的差異。作業(yè)次數(shù)在SST上的分布可反映莖柔魚漁場的適宜SST范圍。本研究發(fā)現(xiàn),秘魯和赤道海域水溫對(duì)莖柔魚漁場的影響存在明顯的差異性。莖柔魚漁場的適宜SST范圍也存在明顯的月間變化,且在地域上存在明顯差異。相對(duì)于秘魯海域,赤道海域莖柔魚適宜的水溫明顯高于秘魯海域。因此,企業(yè)在兩個(gè)漁場內(nèi)進(jìn)行作業(yè)時(shí),需要依據(jù)各個(gè)海域內(nèi)的SST變化來調(diào)整作業(yè)位置。

此外,全球異常氣候例如厄爾尼諾和拉尼娜事件,對(duì)莖柔魚漁場的變動(dòng)有顯著的影響[24-25]。Moron[26]研究指出,厄爾尼諾和拉尼娜事件的發(fā)生會(huì)使東南太平洋海域的初級(jí)生產(chǎn)力和次級(jí)生產(chǎn)力發(fā)生變化,從而影響莖柔魚的索餌情況,會(huì)造成莖柔魚資源空間分布轉(zhuǎn)移。溫健等[27]基于海表溫度(SST)和海表高度距平(Sea Surface Temperature Anomaly, SSHA)構(gòu)建棲息地指數(shù)模型以分析厄爾尼諾、正常氣候和拉尼娜條件下適宜棲息地的時(shí)空變動(dòng),研究發(fā)現(xiàn)在厄爾尼諾年,莖柔魚漁場水溫變暖,海面高度上升,適宜的棲息地范圍縮減;而在正常氣候和拉尼娜年份變化相反。Nevárez-Martínez等[28]研究發(fā)現(xiàn),在厄爾尼諾事件發(fā)生時(shí),莖柔魚資源量會(huì)下降;而在拉尼娜事件發(fā)生的月份,當(dāng)沿岸上升流的勢力增強(qiáng)時(shí),莖柔魚資源量會(huì)增加。Nio 3.4指數(shù)與SST交相關(guān)分析表明,異常氣候事件的發(fā)生會(huì)調(diào)控莖柔魚漁場內(nèi)的SST。本文選取2012年和2018年為拉尼娜年份,2014年和2017年為正常氣候年份,將這些年份的1月進(jìn)行對(duì)比分析,研究結(jié)果表明,在拉尼娜事件發(fā)生時(shí),莖柔魚漁場的SST會(huì)降低。這與余為[29]對(duì)拉尼娜年份與正常氣候年份莖柔魚漁場內(nèi)SST分析結(jié)果一致。此外,本研究還發(fā)現(xiàn)拉尼娜事件的發(fā)生會(huì)增加莖柔魚漁場適宜棲息地的面積,漁場會(huì)向北移動(dòng)。這與前人總結(jié)的異常氣候現(xiàn)象發(fā)生對(duì)漁場的適宜棲息地面積的變化和移動(dòng)規(guī)律相一致[30-31]。

由于莖柔魚漁場的分布往往會(huì)受到多個(gè)環(huán)境因子的影響,本文只分析了SST這一單一因素,其結(jié)果存在一定的局限性。因此,在今后的研究中我們還應(yīng)加入其他環(huán)境因子如葉綠素濃度、海表面鹽度、海表面高度、凈初級(jí)生產(chǎn)力等綜合分析研究。此外,由于生產(chǎn)數(shù)據(jù)有缺失,今后應(yīng)加強(qiáng)國際漁業(yè)合作以此來收集更多的數(shù)據(jù)。