粤西海域灯光罩网渔场时空分布与海洋环境的关系

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　　摘要：【目的】明确粤西海域灯光罩网渔场时空和季节变动与海洋环境的关系，为我国南海北部渔业资源的科学评估和有效保护提供参考依据。【方法】根据粤西海域夏季（8—9月）和冬季（1—2月）灯光罩网渔船生产监测资料及卫星遥感数据，其中卫星遥感数据包括海表温度（Sea surface temperature，SST）、叶绿素a浓度（Chlorophyll a concentration，Chla）和海面风场（Sea surface wind，SSW），运用广义线性模型（Generalized linear model，GLM）、渔场重心及相关性分析等方法对粤西海域灯光罩网渔场时空分布与海洋环境的关系进行分析。【结果】粤西海域冬季SSW高、SST低、Chla高，夏季SSW低、SST高、Chla低。在冬季，粤西海域灯光罩网渔场主要分布在东经111°30′～113°、北纬20°30′～21°30′、Chla 0.3～2.0 mg/m3、SST 19.0～23.5 ℃的海域，其中较高的标准化单位捕捞努力量渔获量（Standardized catch per unit effort，SCPUE）（1.0～2.0）主要分布在Chla 0.4～1.0 mg/m3、SST 20.5～23.0 ℃的海域。在夏季，粤西海域灯光罩网渔场主要分布在东经111°45′～113°45′、北纬20°30′～21°、Chla 0.1～1.0 mg/m3、SST 28.9～29.5 ℃的海域，其中较高的SCPUE（2.0～4.0）主要分布在Chla 0.2～0.5 mg/m3、SST 28.9～29.4 ℃的海域。相对于冬季，夏季粤西海域灯光罩网渔场重心发生东移，渔场经度重心季节变化范围约1°。【结论】粤西海域渔业资源呈夏季高、冬季低的变化趋势，且从冬季到夏季其渔场经度重心约东移1°，主要与琼东—粤西上升流、粤西沿岸流及主要捕捞种类（鲹科鱼类）等有关。
　　关键词： 渔场;灯光罩网;时空分布;海洋环境;粤西海域
　　中图分类号： S931.4                              文獻标志码： A 文章编号：2095-1191（2019）04-0867-08
　　Abstract：【Objective】The relationship betweenthe spatio-temporal distribution of light falling-net fishing ground in the western Guangdong waters and mairine environment was studied to provide reference for science evaluation and protection of fishery resources in northern South China Sea. 【Method】The relationship between the spatio-temporal distribution of light falling-net fishing ground and marine environment was investigated， based on production monitoring data and satellite remote sensing data， including sea surface temperature（SST）， chlorophyll a concentration（Chla） and sea surface Wind（SSW）in summer（August to September） and winter（January to February） in the western Guangdong waters， using Generalized Linear Model（GLM）， fishing ground gravity and correlation analysis. 【Result】Results showed that there were high SSW， low SST， high Chla in winter and low SSW， high SST， low Chla in summer in the western Guangdong waters. Light falling-net fishing ground in the western Guangdong waters in winter were mainly distributed in the seawaters with east longitude 111°30′-113°， north latitude 20°30′-21°30′， Chla 0.3-2.0 mg/m3 and SST 19.0-23.5 ℃. The high standardized catch per unit effort（SCPUE）（1.0-2.0） was distributed in the seawaters with Chla 0.4-1.0 mg/m3 and SST 20.5-23.0 ℃. While in summer， the light falling-net fishing ground in the western Guangdong waters were mainly distributed in the seawaters with east longitude 111°45′-113°45′， north latitude 20°30′-21°， Chla 0.1-1.0 mg/m3 and SST 28.9-29.5 ℃. The high SCPUE（2.0-4.0） was distributed in the seawaters with Chla 0.2-0.5 mg/m3 and SST 28.9-29.4 ℃. Compared with in winter， the fishing ground gravity migrated to the east in summer， and the seasonal longitude variation was about 1°. 【Conclusion】The fishery resources in western Guangdong waters are rich in summer and poor in winter， and the fishing ground gravity migrates 1° to the east from winter to summer. It is related to eastern Hainan-western Guangdong upwelling， western Guangdong longshore current and main fishing resources（Carangidae）. 　　Key words： fishing ground; light falling-net; spatio-temporal distribution; marine environment; western Guangdong waters
　　0 引言
　　【研究意义】粤西海域东起珠江口、西至雷州半岛，是我国南海北部重要的渔场之一。该海域冬季盛行东北季风，夏季盛行西南季风（王佳莹等，2017），海流以粤西沿岸常年存在的西向沿岸流（杨士瑛等，2003;严金辉，2005）和琼东—粤西夏季上升流（Song et al.，2012;许金电等，2013;谢玲玲等，2016）为主，复杂的海流条件对粤西海洋环境要素及海洋生物产生了重要影响。海洋生物与海洋环境要素息息相关，因此，研究粵西海域海洋环境与渔场时空变动的关系对该海域渔业资源评估与保护具有重要意义。【前人研究进展】灯光罩网作为一种新型渔具渔法，主要捕捞对象为头足类及其他趋光鱼类（杨吝等，2009），与传统的渔法相比，具有渔获种类集中、效率高等特点，于20世纪90年代初开始在粤西海域出现并迅速发展（张鹏等，2013）。粤西海域灯光罩网渔场渔期主要在8—9月和12月—翌年2月，其中8—9月日均产量最高，主要捕捞鱼种为鲹科（Carangidae）鱼类，占总产量的42.88%（张鹏等，2013）。近年来，由于过度捕捞、海域环境恶化等原因，南海海域渔业资源衰退明显（康霖，2013;吴杰和宁凌，2015）。渔业资源声学评估结果表明，粤西海域蓝圆鲹（Decapterus maruadsi）资源量呈秋季高、夏季低的变化趋势（陈国宝等，2005）。而基于底拖网调查的生物多样性分析结果显示，粤西海域渔获种类季节变动明显，秋季多样性指数最高，冬季多样性指数较低（江艳娥等，2009;蔡研聪等，2018）。此外，粤西海域渔业资源受水温（范江涛等，2018）、叶绿素浓度（范江涛等，2017）和台风等异常天气（于杰等，2015）的影响，但该海域灯光罩网渔场时空变动规律及渔业资源对不同海洋环境因子的响应机理，尚需综合多种手段进行观测分析。【本研究切入点】至今，针对粤西海域渔业资源调查的资料较少，尤其是较长时间的监测数据和相关研究匮乏。卫星遥感是提供长时间、大尺度、实时获取海洋环境要素的重要途径（牛明香和赵宪勇，2008），若能结合渔业资源调查资料，可更全面地掌握粤西海域渔业资源时空变动的规律。【拟解决的关键问题】根据粤西海域夏季（7—8月）和冬季（1—2月）灯光罩网渔业资源调查资料及卫星遥感数据，分析该海域灯光罩网渔场时空和季节变动与海洋环境的关系，为我国南海北部渔业资源的科学评估和有效保护提供参考依据。
　　1 材料与方法
　　1. 1 研究区域
　　研究区域位于粤西海域，东经111°15′～113°45′，北纬19°45′～21°45′（图1虚线框内）。渔获种类主要包括鲹科（Carangidae）、枪乌贼科（Loliginidae）、带鱼科（Trichiuridae）和金枪鱼科（Thunnidae）等鱼类。
　　1. 2 数据来源
　　渔业资源数据来源于大型灯光罩网渔船2011—2015年1、2、8和9月在粤西海域的生产监测记录（图1），统计内容包括作业时间、站位经纬度、航次、渔获种类及产量等。卫星遥感数据包括海表温度（Sea surface temperature，SST）、海表叶绿素a浓度（Chlorophyll a concentration，Chla）及海面风场（Sea surface wind，SSW）。其中，SST和Chla来自美国MODIS-aqua卫星的三级数据产品（https：//oceancolor.gsfc.nasa.gov），时间分辨率为天（d），空间分辨率为4 km;SSW来自美国宇航局物理海洋学数据分发存档中心提供的CCMP多平台混合资料（https：//podaac.jpl.nasa.gov/），时间分辨率为天（d），空间分辨率为0.25°×0.25°。
　　1. 3 数据处理
　　（1）单位捕捞努力量渔获量。渔业资源量用单位捕捞努力量渔获量（Catch per unit effort，CPUE）表示，计算公式为：
　　式中，C为0.5°×0.5°单位渔区内每旬渔获量（t）;B为每旬作业天数（d）;CPUE单位为t/d。
　　（2）渔业资源CPUE标准化。参考官文江等（2014）的方法，应用广义线性模型（Generalized li-near model，GLM）对CPUE进行时间尺度为10 d的标准化处理即获得标准化CPUE（Standardized catch per unit effort，SCPUE）。标准化前对CPUE进行对数变换，使其数据分布满足GLM标准化处理要求的正态分布。通过赤池信息准则（Akaike information criterion，AIC）对模型变量进行筛选。本研究选用的GLM一般表达式为：
　　式中，c为常数，取CPUE总平均值的10%（官文江等，2014）;Year为年效应;Month为月效应;Lat为纬度效应;Lon为经度效应;SST为海表温度效应;Chla为叶绿素a浓度效应;error为N（0，σ2）。
　　（3）相关性分析。应用R软件读取研究区域的卫星遥感数据（SST、Chla和SSW），去除无效值，结合SCPUE，以10 d为单位计算平均值，绘制时间序列分布图。以天（d）为单位，应用MATLAB通过空间插值绘制SCPUE热图，分析环境要素（SST和Chla）与SCPUE的关系。
　　（4）渔场重心分析。根据研究区域渔业资源调查时间，将8—9月作为夏季、1—2月作为冬季，进行渔场时空变动分析。渔场重心参考基于CPUE的渔场重心计算法（汪金涛和陈新军，2013）进行计算，公式如下： 　　式中，X为渔场月平均重心经度，Y为渔场月平均重心纬度，Ci为研究区域每天CPUE，n为当月作业天数，Xi为每天作业经度，Yi为每天作业纬度。
　　应用ArcGIS绘制SST和Chla气候态分布图，叠加5年各作业站点SCPUE均值，分析海洋环境对粤西海域灯光罩网渔业资源时空分布的影响。
　　2 结果与分析
　　2. 1 CPUE标准化
　　标准化前对CPUE进行对数变换，使其基本符合正态分布（图2）。应用R软件的逐步回归法（Stepwise regression），以AIC为筛选因子进行GLM模型构建，并以R2衡量预测变量对响应变量的解释程度。结果表明，年（Year）、月（Month）、经度（Lon）、SST和Chla等因子加入后模型AIC降低，能解释CPUE变化的98%（表1）。根据AIC，构建的最佳GLM模型为：
　　2. 2 SCPUE與海洋环境因子的时间序列
　　冬季（1—2月）和夏季（8—9月）SSW、SST、Chla、SCPUE和渔业资源数据量时间序列分析结果（图3）表明，SSW在夏季较低，主要在2～6 m/s范围内波动;冬季较高，主要在8～10 m/s范围内波动，且冬季风速呈下降趋势。SST在夏季变化范围为26.0～30.0 ℃，冬季变化范围为18.0～22.0 ℃，冬季整体上呈升温趋势。Chla在夏季较低，主要在0.1～0.3 mg/m3范围内波动;冬季较高，主要在0.2～0.9 mg/m3范围内波动。观测期间，Chla最小值为0.10 mg/m3（2012年8月上旬），最大值为1.5 mg/m3（2013年冬季）。SCPUE在夏季较高，主要在2.0～4.0范围内波动，冬季较低，主要在1.0～3.0范围内变动;2013年8月下旬的SCPUE最高，为4.3，2014年9月下旬最低，在0.2左右。渔业资源每旬的数据量主要为5～10个，夏季数据量较多，冬季较少。
　　2. 3 SCPUE与海洋环境因子的相关性
　　渔业资源SCPUE与环境因子的相关性分析结果表明，在冬季，较高SCPUE（SCPUE>3.0）的海域SST为17.0～24.0 ℃，Chla为0.2～0.6 mg/m3。最高SCPUE（4.47）出现在SST 17.4 ℃、Chla 0.3 mg/m3的海域（图4-A）。在夏季，较高SCPUE（SCPUE>5.0）海域的SST为27.0～29.0 ℃，Chla为0.5～2.0 mg/m3;最高SCPUE（8.12）海域的SST为28.5 ℃、Chla为1.0 mg/m3（图4-B）。
　　2. 4 灯光罩网渔场的时空分布情况
　　在冬季，粤西海域灯光罩网渔场主要分布在东经111°30′～113°、北纬20°30′～21°30′、Chla 0.3～2.0 mg/m3、SST 19.0～23.5 ℃的海域（图5）;较高的SCPUE（1.0～2.0）主要分布在Chla 0.4～1.0 mg/m3、SST 20.5～23.0 ℃的海域。在夏季，粤西海域灯光罩网渔场主要分布在东经111°45′～113°45′、北纬20°30′～21°、Chla 0.1～1.0 mg/m3、SST 28.9～29.5 ℃的海域;较高的SCPUE（2.0～4.0）主要分布在Chla 0.2～0.5 mg/m3、SST 28.9～29.4 °C的海域。
　　由图5还可看出，夏季渔场经度重心主要集中在东经112°30′～113°30′，冬季渔场经度重心主要集中在东经111°36′～112°30′，说明相对于冬季，夏季粤西海域灯光罩网渔场重心发生东移，渔场经度重心季节变化范围约1°。
　　3 讨论
　　3. 1 粤西海域SST、Chla和SSW的关系
　　叶绿素浓度是反映海洋浮游植物的重要指标，水温作为影响浮游植物生长的关键因子之一，其变动常导致叶绿素浓度的改变（廖秀丽等，2018）。本研究结果表明，粤西海域冬季SSW高、SST低、Chla高，夏季SSW低、SST高、Chla低，与南海中西沙海域、北部湾至台湾海峡的近岸海域Chla与SST的变化趋势（Tang et al.，2003;李婷，2013;余景等，2017）基本一致。受季风影响，粤西海域冬季盛行东北季风，较高的SSW促使海洋混合层深度增加（武扬和程国胜，2013），海水垂直交换运动加剧、底层营养盐抬升（Tang et al.，2003）。李小斌等（2006）研究表明，营养盐是海域浮游植物的重要限制因素，其浓度升高可促进浮游植物生长，导致冬季Chla增加。在夏季，伴随粤西海域较弱的西南季风，导致沿岸流水体向外海扩散的减弱作用，其海水垂直交换运动减弱，海域Chla降低;而在冬季，较强的东北季风使近岸高营养盐水体向离岸海域扩散范围增大，海域Chla增加（杨毅等，2015）。此外，受夏季西南季风的影响，在海南岛东北部、雷州半岛以东海域出现琼东—粤西上升流，并向东延伸（许金电等，2013），上升流导致具有高盐低温的深层水体抬升，而促进表层浮游植物生长，对上升流流经海域的Chla起抬升作用。
　　3. 2 粤西海域渔业资源时空分布与海洋环境的关系
　　鱼类的时空分布通常与海洋环境要素存在一定响应关系（官文江等，2007）。本研究的相关性分析结果表明，在冬季，粤西海域较高资源量分布在SST 17.0～24.0 ℃、Chla 0.2～0.6 mg/m3的海域;在夏季，较高资源量分布在SST 27.0～29.0 ℃、Chla 0.5～2.0 mg/m3的海域。本研究的主要渔获种类为鲹科（蓝圆鲹等）、枪乌贼科（剑尖枪乌贼等）、带鱼科（带鱼）及金枪鱼科（扁鮀鲣等），其中，蓝圆鲹的适温范围为22.0～29.0 ℃（http：//www.fishbase.se），与粤西海域灯光罩网渔场冬、夏季较高资源量集中分布的海域水温相符。在台湾海峡南部，灯光罩网鲐鲹渔场倾向分布于温度锋两侧，全年82%渔获区在Chla 0.2～1.0 mg/m3的海域（李雪丁，2006），其中冬季（1—2月）渔场适宜的Chla为0.3～0.5 mg/m3，夏季（8—9月）渔场分布倾向于Chla 0.1～1.0 mg/m3的海域。在东海和黄海灯光罩网渔场，渔业资源量主要受SST影响，与Chla无显著关系（官文江等，2009）。粤西海域灯光罩网渔场适宜的环境状况与台湾海峡南部灯光罩网渔场研究结果（李雪丁，2006）相近，但与东海和黄海灯光罩网渔场的研究结果（官文江等，2009）存在一定差异。这是因为在粤西海域和台湾海峡南部海域灯光罩网渔场的主要捕捞种类为蓝圆鲹、竹筴鱼等鲹科鱼类，在东海、黄海海域灯光罩网的主要鱼种为鲐鱼（占85%以上），不同捕捞种类适宜的海洋环境状况不同，粤西灯光罩网渔场适宜的海洋环境主要与鲹科鱼类（蓝圆鲹）有关。 　　本研究结果表明，粤西海域夏季（8—9月）的渔场经度重心较冬季（1—2月）约东移1°，说明灯光罩网渔场随海域Chla的季节变动而发生迁移（李雪丁，2006）。在粤西海域，夏季浮游植物的密度重心向东漂移（蔡文贵等，2005），可能是该海域灯光罩网渔场夏季重心东移的原因之一。粤西海域灯光罩网渔获物以鲹科鱼类（蓝圆鲹）为主，蓝圆鲹主要在春季产卵、秋冬季生长发育，其幼鱼相对于成鱼分布更倾向于高盐水与冲淡水的混合水区，因此，夏季灯光罩网渔场向珠江口冲淡水区域迁移（陈国宝等，2003）。此外，南海金枪鱼主要摄食中上层鱼类和头足类，圆鲹属是其主要摄食对象之一（陶雅晋等，2017），即该海域鲹科鱼类的季节迁移对金枪鱼栖息具有一定指示作用。
　　3. 3 粤西海域渔业资源量季节变动
　　粤西海域灯光罩网渔业资源量呈夏季高、冬季低的变化趋势，与该海域底拖网调查结果（江艳娥等，2009;刘维达等，2011）一致。粤西海域灯光罩网渔获物主要为鲹科（蓝圆鲹）、枪乌贼科（剑尖枪乌贼）、带鱼科（带鱼）及金枪鱼科（扁鮀鲣等），其中，蓝圆鲹生命周期短，生长繁殖快，生活史策略倾向r-选择，易受捕捞强度与环境变化的影响（陈国宝等，2003）。6—7月南海伏季休渔期间捕捞强度降低（朱玉贵，2009;邹建伟等，2016），琼东—粤西沿岸上升流导致粤西海域初级生产力增加，为夏季灯光罩网渔业资源量的补充提供了饵料来源（蔡研聪等，2018）。蓝圆鲹在春夏季向近岸区域迁移、产卵，秋冬季节向外海移动（邹建伟等，2016），因而导致粤西海域灯光罩网渔业资源量夏季较高、冬季较低。此外，剑尖枪乌贼的盛渔期在6—9月（孙典荣等，2011），也是灯光罩网渔业资源量夏季较高的原因之一。粤西海域带鱼资源的主要捕捞方式为拖网（童玉和等，2014），扁鮀鲣等金枪鱼科鱼类为外海洄游鱼类，是灯光诱捕头足类的兼捕鱼种而非主要鱼种（张鹏等，2010），因此对粤西海域灯光罩网渔业资源量季节变动影响较小。
　　粤西海域灯光罩网渔业资源量季节变动与粤西陆架以南海域、南海北部陆坡海域不同。粤西陆架以南海域灯光罩网渔获物以头足类（鸢乌贼）为主（张鹏等，2013），渔业资源量表现为春季最高、冬季最低;南海北部陆坡海域声学调查以条带眶灯鱼、尾明角灯鱼等为主（袁梦，2017），渔业资源量呈冬季高、夏季低。这可能与调查区域、调查方式及捕捞种类等因素有关，但具体原因有待进一步探究。
　　4 结论
　　粤西海域渔业资源呈夏季高、冬季低的变化趋势，且从冬季到夏季其渔场经度重心约东移1°，主要与琼东—粤西上升流、粤西沿岸流及主要捕捞种类（鲹科鱼类）等有关。
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