中西太平洋鲣鱼渔情预报研究

第1章　绪论 鲣鱼（Katsuwonus pelamis）属鲈形总目、金枪鱼亚目、金枪鱼科、鲣属，鲣鱼广泛分布于太平洋、大西洋及印度洋的热带、亚热带及亚寒带海域，其中主要分布于中西太平洋，其捕捞以围网作业为主。近年来，中西太平洋的鲣鱼年产量平均在200×104t左右，约占世界鲣鱼总产量的60%以上。我国自2001年开始在中西太平洋进行鲣鱼围网捕捞作业，年产量在15×104t左右，目前已成为主要的鲣鱼围网渔业国家。 我国中西太平洋鲣鱼围网渔业在发展过程中面临着以下几个重大问题：①对中心渔场把握不准导致单船产量较低，目前其产量仅为产量*高的韩国作业船队的70%～80%；②南太平洋岛国实行限制作业天数的管理规定（中西太平洋总作业天数为28000d，我国单船每年作业天数为250d左右），导致有效作业天数利用率低，经济效益下降；③中长期鲣鱼资源和空间分布无法预测，导致渔获配额购置盲目性加大，盲目地入渔不仅浪费了缴纳的入渔费（通常每艘捕捞船每天缴纳1万多美元的入渔费），而且严重影响捕捞产量，从而使鲣鱼围网渔业的整体效益出现下滑。这些问题严重制约了我国中西太平洋鲣鱼围网渔业的可持续发展。 渔情预报是渔场学研究的重点内容，也是渔场学基本原理和方法在渔业生产中的综合应用。借助海洋卫星遥感等技术手段，国内外多个机构已对部分远洋鱼种进行了渔情预报的业务化运行。为此，本书根据太平洋共同体秘书处（Secretariat of the Pacific Community，SPC）获取的中西太平洋鲣鱼的生产数据，将围绕上述三个关键技术问题进行攻关，通过分析海洋环境与鲣鱼资源、渔场分布之间的关系，开发中长期和短期渔情预报分析与入渔决策系统，提高鲣鱼资源量预测、寻找中心渔场的准确性，创新性地建立具有指导性的鲣鱼围网渔业渔情预报体系。 1.1　鲣鱼渔业概况 鲣鱼在世界金枪鱼渔业中占有极其重要的地位（Collette and Nauen，1983），中西太平洋海域是捕捞鲣鱼的主要作业渔场（陈新军和郑波，2007）。我国于2000年开始在该海域进行金枪鱼围网作业（陈新军和郑波，2007），现已成为中西太平洋金枪鱼围网的主要捕捞国家和地区之一。该海域鲣鱼资源量丰富，各国家和地区加强了对该资源的开发和保护（王学昉等，2009）。为了更好地利用和管理该海域的鲣鱼资源，需要充分了解鲣鱼渔业的现状，为国内学者开展鲣鱼的研究提供基础。 作为金枪鱼中重要的一个种类，鲣鱼在当前全球金枪鱼渔业中有着举足轻重的地位，历年产量占金枪鱼捕捞总产量的70%以上。20世纪60～80年代，鲣鱼渔业大规模商业化捕捞先后在东太平洋以及大西洋、中西太平洋海域和印度洋海域展开。目前，世界上65%的鲣鱼捕获量来自西太平洋海域，20%来自印度洋海域，剩余的15%几乎都来自捕捞量相近的东太平洋以及大西洋区域（靳少非和樊伟，2014）。 鲣鱼的全球捕捞量在60多年来呈显著增长趋势（图1-1）。2003年，鲣鱼全球捕捞量首次突破200×104t，且2003年以后，全球鲣鱼捕捞量均保持在200×104t以上，2006年又突破250×104t，2013年全球鲣鱼捕捞量达到*高，首次突破300×104t，随后有所下降，但仍高于250×104t（图1-1）。在不同的海区，鲣鱼的捕捞产量也有很大不同。从图1-1可以看出，历年中西太平海域鲣鱼捕捞量占全球捕捞量的比例均很高，从1986年开始就已超过全球鲣鱼产量的50%，之后均维持在50%~60%，并依旧呈现上升趋势。 图1-1　20世纪50年代以来全球各海区鲣鱼捕获量分布图 目前，鲣鱼的主要捕捞国家为日本、韩国、美国、中国。其中，日本开发鲣鱼的时间*早，其捕捞量也*大。针对鲣鱼的活动特点，目前主要捕捞方式为围网、竿钓和延绳钓。根据2017年太平洋共同体秘书处海洋渔业署的资源状况报告表明，中西太平洋鲣鱼围网作业产量占总产量的77%，竿钓产量和延绳钓产量分别占总产量的9%和不到1%（Brouwer et al.，2017）。报告显示，2016年和2015年中西太平洋鲣鱼总产量分别为178.6×104t和179.7×104t，虽低于2014年的200.2×104t，但仍处于较高水平，同时资源量也处在较高的水平（Brouwer et al.，2017）。 1.2　鲣鱼渔业生物学概况 1.2.1　年龄与生长 目前，通常利用钙化的硬组织来进行鱼类的年龄鉴定和估算。大量鱼类的年龄鉴定以鳞片为主、耳石为辅（王学昉等，2009）。鲣鱼个体较大，头盖骨较硬，耳石的提取相对比较困难，同时其表面的鳞片没有明显的分化结构，无法进行年龄鉴定，因此耳石和鳞片均不是年龄鉴别的*佳材料。鲣鱼坚硬的脊椎骨和背棘则成为首选的研究材料。Aikawa（1937）、Chi和Yang（1973）利用脊椎骨研究鲣鱼的年龄，取得了较好的结果；通过对比利用不同材料的研究认为，脊椎骨在排除年轮之间的不一致现象的前提下，可以作为年龄鉴定的材料；而将背鳍鳍棘制作成0.5～1.0mm的薄片并覆油冷冻，其生长轮纹均可以清晰地呈现（Batts，1972）；在比较后也认为，鲣鱼背鳍鳍棘用于鉴别年龄较脊椎骨效果更好（Chur and Zharov，1983）。一些学者如Uchiyama和Struhsaker（1981）也尝试利用耳石日轮研究鲣鱼的年龄组成，但目前利用骨骼材料研究鲣鱼年龄的研究仍为主流。 对于采用这3种材质来鉴定鲣鱼年龄的方法准确性仍存在较大的争议，如Josse等（1979）认为骨骼结构的年龄鉴定结果无法核实。在利用相同材料研究的前提下，鉴定结果也有偏差。有学者认为鲣鱼脊椎骨的截面每年只形成1个轮纹（Aikawa，1937），而也有学者认为每年可形成2个轮纹（Chi and Yang，1973）。Wild和Foreman（1980）利用耳石研究发现，多数鲣鱼的耳石轮纹并不满足“一日一轮”的规律，这使鲣鱼年龄鉴定的结果具有不可信性。由此可见，鱼种的不同导致其各项硬组织结构存在差异，在鉴定鱼类的年龄研究中，需要不断尝试选择合适的研究材料。 相比鲣鱼年龄鉴定，估算鲣鱼的生长就要简单很多，*常使用的两种方法是标志放流法与体长频度法。利用这两种方法估算鲣鱼生长，国内外已有很多学者做了相关研究，不同学者利用冯?贝塔朗飞（Von Bertalanffy）生长方程估算了鲣鱼生长的各项参数（表1-1）。 1.2.2　性比与成熟 Marr（1948）、Brock（1949）、Schaefer和Orange（1956）分别对太平洋马绍尔群岛北部海域、夏威夷海域和东太平洋海域鲣鱼的性别比率（雌∶雄）（后简称性比）进行研究，得出其平均性比分别为1∶1.60、1∶1.16和1∶0.73；Raju（1964）对菲律宾海域鲣鱼进行研究，发现其性比小于1，且在研究样本中大龄雄鱼占比较大。鲣鱼的性比也会随着个体的生长和成熟而发生变化。一般说来，性未成熟个体中雌性较多，而性成熟的产卵群体中大多为雄性。不同的捕捞作业方式也会直接导致性比的差异，如捕捞以性未成熟群体为主的手工渔业，其雌性占比也较大（王学昉等，2009）。 估算鱼类首次性成熟体长对于研究鱼类的生长、产卵、发育、估算补充量以及对该鱼种的资源评估都有着重要的意义。已有很多学者对鲣鱼的首次性成熟体长做了相关研究，目前有两种观点：一种观点认为400～450mm是鲣鱼初次性成熟体长区间，如Marr（1948）研究马绍尔群岛海域鲣鱼，发现雌性体长达到400mm时就已经开始排卵；夏威夷海域的鲣鱼在体长为400～450mm就已经怀卵（Brock，1949）；另外一种观点认为，鲣鱼达到初次性成熟所对应的体长约为550mm，如墨西哥下加利福尼亚州海域的鲣鱼（约550mm）和美洲中部海域的鲣鱼（约500mm）。 1.2.3　摄食 鲣鱼为中上层鱼类，常常集群进行大范围的洄游，在某一区域停留时间较短（王学昉等，2009）。其摄食主要在早晨和傍晚，摄食量与体重有着较大的关系。鲣鱼主要捕食各种鱼类（中上层鱼类和岩礁鱼类）、甲壳类、头足类等，海洋环境条件是影响鲣鱼食物组成的主要因素之一（Bernard et al.，1985），在不同的海域捕食种类存在较大的差异，因此鲣鱼也是典型的随机掠食者。由于不同时期个体生长的需求差异，鲣鱼摄食的种类和个体大小也表现出明显的区别。在鲣鱼幼鱼时期，主要摄食其他鱼类、甲壳类和头足类仔鱼（胴长为20～66mm）（Aoki，1999）；随着其个体的生长，甲壳类在食物组成中的占比不断下降，而如头足类等软体动物逐渐成为其主要的食物来源（Batts，1972）。也偶有发现鲣鱼摄食其仔鱼（叉长20～140mm）的情况（Bernard et al.，1985），但此现象并不常见，也会随海域和季节等情况有所变化（Ankenbrandt，1985）。 1.3　中西太平洋鲣鱼渔场与相关因子的关系 1.3.1　鲣鱼渔场与厄尔尼诺-南方涛动相关关系的研究 厄尔尼诺-南方涛动（El Nino and southern oscillation，ENSO）现象是引起全球气候变化的*强烈的海-气相互作用现象（翟盘茂等，2000；巢纪平，2002），对世界渔业会产生重大的影响。在厄尔尼诺事件发生期间，赤道太平洋的气压、海面高度、海流、温跃层、营养盐、碳循环、初级生产力等渔场的环境发生明显改变（Chavez et al.，1999；Fedorov and Philander，2000；Turk et al.，2001），从而引起鱼类资源密度的空间变化。许多研究表明，厄尔尼诺事件对太平洋的金枪鱼渔业有显著影响（Lu et al.，1998；Lehodey et al.，1997；苗振清和黄锡昌，2003）。关于ENSO现象对鲣鱼资源量及渔场的影响，国内外学者也做了很多相关研究。郭爱等（2010）对中西太平洋鲣鱼时空分布及其与ENSO的关系进行探讨，发现鲣鱼主要产量分布在海面温度为28～30℃的海域，尤以29～30℃为主，以年为单位进行时间序列分析，发现高产区经度重心、平均经度较ENSO指数有一年的滞后。Lehodey等（1997）发现，鲣鱼作业渔场会随暖池边缘29℃等温线在经向上发生偏移。李政纬（2005）认为，29℃等温线东界会受ENSO现象影响，进而影响金枪鱼围网渔场的东西向分布。沈建华等（2006）、周甦芳（2005）和周甦芳等（2004）也对于中西太平洋鲣鱼渔场/时空分布与ENSO的关系做了相关研究，指出ENSO对中西太平洋鲣鱼围网渔场的空间分布有显著影响，厄尔尼诺事件发生时，鲣鱼围网单位捕捞努力量渔获量经度重心随暖池的东扩而东移，拉尼娜事件发生时则随暖池向西收缩而西移。汪金涛和陈新军（2013）使用*小欧氏距离的聚类分析方法对中西太平洋鲣鱼渔场重心的时空分布进行比较，并讨论渔场重心时空分布变化与ENSO指数的关系，研究表明1990～2010年1～12月渔场重心各不相同，在经度方向上，12月～次年4月的鲣鱼渔场重心相对集中，分布在142.26°～166.79°E，其余各月渔场重心较为分散，广泛分布在138.33°～176.6°E海域；在纬度方向上，渔场重心各月变化不大，分布在4.78°S～3.51°N，同时以季度为时间单位进行序列分析发现，当Nino 3.4区海面温度异常值从低到高变化时，鲣鱼渔场重心也逐渐由西向东偏移。 1.3.2　鲣鱼渔场与表层环境因子的相关研究 海洋表层的环境因子，尤其是海面温度对鲣鱼渔场分布起着至关重要的作用（叶泰豪等，2012）。很多学者通过研究给出了中西太平洋鲣鱼渔场分布的*适海面温度范围（表1-2）。鱼类会对0.25‰的盐度变化做出剧烈反应，海水的盐度变化会对鱼类的渗透压和浮游鱼卵的漂浮产生影响（何大仁和蔡厚才，1998）。鲣鱼生活在高温高盐的大洋海