上海海洋大学学报  2016, Vol. 25 Issue (3): 454-464    PDF    
引用本文
宋利明, 沈智宾, 周建坤, 李冬静. 库克群岛海域海洋环境因子对黄鳍金枪鱼渔获率的影响[J]. 上海海洋大学学报, 2016, 25(3): 454-464.
SONG Liming, SHEN Zhibin, ZHOU Jiankun, LI Dongjing. Effects of environmental variables on catch rates of yellowfin tuna (Thunnus albacrares) in waters near Cook Islands[J]. JOURNAL OF SHANGHAI OCEAN UNIVERSITY, 2016, 25(3): 454-464.
库克群岛海域海洋环境因子对黄鳍金枪鱼渔获率的影响
宋利明1,2,3,4, 沈智宾1, 周建坤1, 李冬静1     
1. 上海海洋大学 海洋科学学院, 上海 201306;
2. 国家远洋渔业工程技术研究中心, 上海 201306;
3. 大洋渔业资源可持续开发省部共建教育部重点实验室, 上海 201306;
4. 远洋渔业协同创新中心, 上海 201306
收稿日期: 2015-09-12; 修回日期: 2016-02-24
基金项目: 国家高技术研究发展计划项目(2012AA092302);农业部远洋渔业探捕项目(D8006128005,D8006138016);上海市教育委员会科研创新项目(12ZZ168);高等学校博士学科点专项科研基金联合(20113104110004)
作者简介: 宋利明(1968-),男,博士,教授,研究方向为金枪鱼渔业、深海底层延绳钓渔业和网箱养殖工程。E-mail:lmsong@shou.edu.cn
摘要： 为了提高延绳钓渔业中黄鳍金枪鱼(Thunnus albacrares)的渔获率并减少其他非目标种类的兼捕率,根据2013年9月8日至12月31日在库克群岛海域(9°S~19°S,157°W~168°W)延绳钓渔业调查数据,包括钓钩深度、温度、叶绿素a浓度、三维海流、作业参数、渔获统计等数据,利用DPS软件采用多元线性逐步回归的方法建立钓钩拟合深度计算模型,采用统计和谱系聚类的方法分析黄鳍金枪鱼渔获率与海洋环境因子的关系。结果表明:库克群岛海域黄鳍金枪鱼渔获率较高的水层、温度、叶绿素a浓度以及东西方向、南北方向、垂直方向、水平方向的海流流速分别为120~160 m、21~22℃、0.32~0.36 μg/L和0.40~0.44 μg/L、-0.20~-0.10 m/s和0~0.20 m/s、-0.10~0.20 m/s、-0.10~0.06 m/s和0.02~0.06 m/s、0.20~0.30 m/s。建议在该海域作业并以黄鳍金枪鱼为目标鱼种时,在渔获率较高的水层、温度、叶绿素a浓度和海流范围内可增加钓钩投放数量。
关键词： 黄鳍金枪鱼     环境因子     渔获率     延绳钓     库克群岛    

黄鳍金枪鱼(Thunnus albacrares)作为大洋性高度洄游种类，广泛分布在太平洋、大西洋和印度洋的热带和亚热带海域[1]，是世界三大洋区金枪鱼属中主要的渔获种类[2]。黄鳍金枪鱼是延绳钓渔业的主要捕捞对象，也是重要的生鱼片原料。近年来，我国在中西太平洋作业的延绳钓渔船日益增多，而此区域还未对黄鳍金枪鱼实行配额制管理。根据中西太平洋渔业委员会(WCPFC)统计，2001～2013年，中西太平洋海域黄鳍金枪鱼平均年产量达到80.4 万吨，其中延绳钓产量为8.2 万吨，占总产量的10.1%[3]。国内外学者对黄鳍金枪鱼的基础生物学特性[4]、资源状况[5-6]、行为、栖息地利用[7]、分布与海洋环境的关系[8]等进行了大量的调查和研究。许多学者对大西洋、印度洋黄鳍金枪鱼的渔获率、时空分布与环境因子的关系进行了研究[9-11]，陈峰等对南太平洋所罗门群岛海域黄鳍金枪鱼的生物学特性进行了研究[12]，而对于库克群岛海域黄鳍金枪鱼渔获率与环境因子的关系了解甚少。本文根据南太平洋库克群岛海域调查所收集的黄鳍金枪鱼渔获数据、海洋环境等数据资料，分析了库克群岛海域海洋环境因子对黄鳍金枪鱼渔获率的影响，以期提高黄鳍金枪鱼的渔获率，为我国在南太平洋作业的延绳钓渔船进一步开发黄鳍金枪鱼资源、减少其他兼捕物种提供参考。

1 材料与方法 1.1 调查船、调查时间及调查海域

执行本次海上调查任务的渔船为低温金枪鱼延绳钓渔船“华南渔719”，船舶主要参数如下: 船长36.6 m；型宽6.60 m；型深3.30 m；总吨196 t；净吨89 t；主机功率440.00 kW。调查时间为2013年9月8日至12月31日。调查海域为库克群岛专属经济区渔场，范围为9°00′S～19°00′S，157°W～168°W，共56个站位(图 1)。

图 1 调查区域及站点 (○:调查站点) Fig. 1 The survey area and sites (○: the survey sites)
1.2 调查渔具与渔法

本次调查的钓具结构：浮子直径为360 mm；浮子绳为直径5.0 mm的硬质聚丙烯，长22 m；干线直径为4.0 mm；支绳第一段为直径3.5 mm的硬质聚丙烯，长约1.0 m，第二段为130#(直径为1.8 mm)的尼龙单丝，长20.0 m，第一段与第二段用H型转环连接，钓钩为圆型钓钩(型号为14/0)，支绳总长21 m。

调查期间，一般在早晨05：30～09：30投绳，持续时间约为4 h；下午15：30至次日凌晨3：00起绳，持续时间约为11.5 h；船长根据探捕调查站点位置决定当天投绳的位置,受条件所限实际的投绳位置和计划站点位置会有一定的偏差。船速8.0～9.0 kn、出绳速度一般为9.8 kn、两浮子间的钓钩数为28枚、两钓钩间的时间间隔为6 s。每天投放钓钩1 900～3 500枚。

1.3 调查方法、内容及仪器

调查期间对设定的调查站点进行测定，利用全球卫星定位仪(GPS)记录每天投绳和起绳的位置、时间、航速及航向等作业参数；记录每天的投钩数、两钓钩间的时间间隔、两浮子间的钓钩数、黄鳍金枪鱼渔获尾数(共捕获1 057尾)；抽样测定了部分渔获的捕获钩号(共141尾，取样覆盖率为13.3%)。

调查期间使用微型温度深度计(TDR-2050 RBR Co,Canada)测定部分钓钩的深度及其整个沉降过程；每天钓具投放结束后，使用多功能水质仪(XR-620，RBR Co,Canada)和多普勒三维海流计(ADCP2000,NOTREK Co,Norway)测定各个调查站点0~400 m水深的温度、叶绿素a浓度、东西方向、南北方向、垂直方向和水平方向(由东西方向和南北方向的海流合成)的海流速度垂直剖面数据(图 2和图 3)，其中海流数据向“西”、“南”和“下”时用“负”值表示。

图 2 温度(a)、叶绿素a浓度(b)垂直剖面图 Fig. 2 The vertical profiles of temperature (a), chlorophyll-a concentration (b) 130927:2013年9月27日(11°33′S,159°08′W)；131014:2013年10月14日(13°44′S,161°50′W)；131126:2013年11月26日(9°31′S,162°02′W)；131213:2013年12月13日(15°53′S, 160°34′W)；131215:2013年12月15日(17°40′S, 159°55′W)； 131219:2013年12月19日(18°40′S, 157°56′W)。
130927: September 27, 2013(11°33′S, 159°08′W); 131014: October 14, 2013 (13°44′S,161°50′W); 131126: November 26, 2013 (9°31′S,162°02′W);131213: December 13, 2013 (15°53′S,160°34′W); 131215: December 15, 2013 (17°40′S,159°55′W); 131219: December 19, 2013 (18°40′S,157°56′W).

图 3 海流垂直剖面图 Fig. 3 The vertical profiles of current 130927：2013年9月27日(11°33′S,159°08′W)；131011：2013年10月11日(14°42′S,160°07′W)；131016：2013年10月16日(12°15′S,162°57′W)；131020：2013年10月20日(13°02′S,165°32′W)；131024：2013年10月24日(10°18′S,167°21′W)；131110：2013年11月10日(11°29′S,163°32′W)。
130927: September 27, 2013(11°33′S,159°08′W); 131011: October 11, 2013 (14°42′S,160°07′W); 131016: October 16, 2013 (12°15′S,162°57′W);131020: October 20, 2013 (13°02′S,165°32′W); 131024: October 24, 2013 (10°18′S,167°21′W); 131110: November 10, 2013 (11°29′S,163°32′W).
1.4 研究方法 1.4.1 钓钩理论深度的计算方法

钓钩的实际深度为微型温度深度计记录的钓钩深度，计算其算术平均值，即为钓钩的实际深度。钓钩的理论深度计算方法采用日本学者吉原有吉所采用的钓钩理论深度计算公式[13-15]，将每枚钓钩在干线上的顺序编号，即为钓钩钩号，通过该公式计算出每枚钓钩的理论深度，具体如下：

    (1)
    (2)
    (3)
    (4)

式中：Dτ为钓钩理论深度；ha为支绳长(m)；hb为浮子绳长(m)；l为干线弧长的一半(m)；φ0为干线支承点上切线与水平面的交角(°)，与k有关，作业中很难实测φ0，采用短缩率k来推出φ0；τ为两浮子之间自一侧计的钓钩编号序数，即钩号；n为两浮子之间干线的分段数，即支绳数加1；L为两浮子之间的海面上的距离(m)；V1为投绳机出绳速度(m/s)；V2为船速(m/s)；t为投绳时前后两支绳之间相隔的时间间隔(s)。

1.4.2 基于流剪切系数的拟合钓钩深度计算模型

研究资料显示，影响钓钩深度的因素并不是海流的绝对速度，而是不同水层海流间的剪切作用[14-15]，本文对仪器测到的不同水层海流的原始数据进行处理，得出不同站点每天的流剪切系数。具体公式为：

    (5)

式中：ψ为流剪切系数；vω为第ω个深度处的海流的南北方向分量；uω为第ω个深度处的海流的东西方向分量；zω为第ω个深度处的深处。

应用DPS软件，采用多元线性逐步回归的方法建立2013年9月8日至12月31日测定钓钩的实际平均深度()与理论深度(Dτ)的关系模型。钓钩所能达到的实际平均深度(拟合钓钩深度)等于钓钩理论深度与拟合沉降率的乘积，而拟合沉降率则主要受到流剪切力、风速(Vw)、风流合压角(γ)、钩号(τ)和风弦角(Qw)的影响[14, 16-17]。

本次调查钓具的拟合钓钩深度计算模型为：

    (6)

式中：为拟合钓钩深度；Dτ为理论钓钩深度；τ为钩号；γ为风流合压角。

1.5 数据处理方法 1.5.1 各环境因子的分段方法

水层从40～280 m每40 m为一层，分为6层；水温从17～29 ℃，每1 ℃为一段，分为12段；叶绿素a浓度从0～0.60 μg/L，每0.04 μg/L为一段，分为15段；南北海流、东西海流以0.1 m/s为一段，分为8段；垂直海流以0.04 m/s为一段，分为5段；水平海流以0.1 m/s为一段，分为4段。

1.5.2 各环境因子范围的渔获率

统计该渔场各水层、水温、叶绿素a浓度、南北海流、东西海流、垂直海流、水平海流范围内黄鳍金枪鱼的渔获尾数(分别记作NS1j、NS2j、NS3j、NS4j 、NS5j、NS6j 、NS7j)、钓钩数(HS1j、HS2j、HS3j、HS4j、HS5j、HS6j、HS7j)以及占该渔场随机取样总尾数(记作NS)的百分比(分别记作P1j、P2j、P3j、P4j、P5j、P6j、P7j，公式7)、占该渔场该天随机取样钓钩数(记作HS)的百分比(PH1j、PH2j、PH3j、PH4j、PH5j、PH6j、PH7j，公式8)，根据随机取样数据推算出该渔场的实际总渔获尾数(记作N)、该天的总钓钩数(记作H)在各水层、水温、叶绿素a浓度范围的渔获尾数(分别记作N1j、N2j、N3j、N4j、N5j、N6j、N7j，公式9)、钓钩数(分别记作H1j、H2j、H3j、H4j、H5j、H6j、H7j，公式10；H2j、H3j、H4j、H5j、H6j、H7j根据各水温、叶绿素a浓度、南北海流、东西海流、垂直海流、水平海流范围相对应的水层计算出在该水层的钓钩数量而推算得出)，再计算黄鳍金枪鱼各水层、水温、叶绿素a浓度、南北海流、东西海流、垂直海流、水平海流范围的渔获率(分别记作R1j、R2j、R3j、R4j、R5j、R6j、R7j，尾/千钩，公式11)[13, 16-17]，其表达式分别为：

    (7)
    (8)
    (9)
    (10)
    (11)

式中:i=1,2,3,4,5,6,7；统计各水层的数据(i=1)时，j=1,2,3,……6；统计各水温范围数据(i=2)时，j=1,2,3,……12；统计各叶绿素a浓度的数据(i=3)时，j=1,2,3,……15；统计各南北海流的数据(i=4)时，j=1,2,3,……8；统计各东西海流的数据(i=5)时，j=1,2,3,……8；统计各垂直海流的数据(i=6)时，j=1,2,3,……5；统计各水平海流的数据(i=7)时，j=1,2,3,4。

使用DPS 7.05多元分析中谱系聚类(Hierarchical Cluster)的方法分析水层、水温、叶绿素a浓度、东西方向海流、南北方向海流、垂直方向海流和水平方向海流与黄鳍金枪鱼渔获率(R)的关联度[13, 16-17]。数据采用规格化转换，聚类距离为欧氏距离(Euclidean distance),计算方法为离差平方和法[18]。

2 结果 2.1 各环境因子范围内的渔获率

库克群岛海域各水层、水温、叶绿素a浓度、东西海流、南北海流、垂直海流、水平海流范围的黄鳍金枪鱼渔获率(R，尾/千钩)分别见图 4。渔获率最高的水层、水温段、叶绿素a浓度范围分别为120～160 m(4.94尾/千钩)、21～22 ℃(6.39尾/千钩)和0.32～0.36 μg/L(7.33尾/千钩)。渔获率最高的东西、南北、垂直、水平海流段分别为0.10～0.20 m/s(4.70尾/千钩)、0.00～0.10 m/s(4.54尾/千钩)、-0.10～-0.06 m/s(5.00尾/千钩)和0.20～0.30 m/s(4.44尾/千钩)。

图 4 各环境因子范围内的渔获率 Fig. 4 The catch rates in the ranges of environmental variables
2.2 渔获率与各环境变量的关联度

谱系聚类分析的结果可得出各环境变量中黄鳍金枪鱼渔获率与每一取值范围的关联度(图 5)及其对应的渔获率。根据表 1得出黄鳍金枪鱼渔获率较高的水层、水温、叶绿素a浓度、东西方向海流、南北方向海流、垂直方向海流、水平方向海流范围分别为120～160 m、21～22 ℃、0.32～0.36 μg/L和0.40～0.44 μg/L、-0.20～-0.10 m/s和0.00～0.20 m/s、-0.10～0.20 m/s、-0.10～-0.06 m/s和0.02～0.06 m/s、0.20～0.30 m/s(表 2)。

图 5 各环境变量中黄鳍金枪鱼渔获率与各个取值范围的关联度 Fig. 5 The correlation between the catch rates and the ranges of the environmental variables

表 1 各类环境变量中黄鳍金枪鱼的渔获率 Tab.1 The catch rates of Thunnus albacares in the ranges of the environmental variables

表 2 黄鳍金枪鱼渔获率高的环境变量范围和相应的渔获率 Tab.2 Environmental variable ranges with high catch rates of Thunnus albacares and the corresponding catch rates
3 讨论 3.1 黄鳍金枪鱼渔获率与深度的关系

库克群岛海域黄鳍金枪鱼渔获率较高的水层为120～160 m，此深度范围正处于温跃层内(图 2)，表明黄鳍金枪鱼在温跃层内出现的频率较大。宋利明等[10]通过研究印度洋公海温跃层与黄鳍金枪鱼渔获率的关系发现温跃层以内黄鳍金枪鱼渔获率明显比温跃层以下的高,这与本研究的结果一致。SONG等[19]研究表明在印度洋公海捕获的黄鳍金枪鱼活动较频繁的水层为100.0～179.9 m,黄鳍金枪鱼渔获率较高的水层为120.0～139.9 m；MOHRI 和 NISHIDA[20]根据日本延绳钓的海上观测数据研究表明黄鳍金枪鱼偏好的水层为80～200 m；SCHAEFER等[7]通过研究档案标志数据得出在东太平洋当黄鳍金枪鱼呈现第二类(Type-2，24小时内白天有10次以上垂直洄游至150 m以深)垂直洄游时，白天偏好的深度为150～250 m；以上研究结果与本研究结果基本一致。

3.2 黄鳍金枪鱼渔获率与温度的关系

温度变化是影响黄鳍金枪鱼活动水层的重要环境因子，直接或间接影响其资源量的分布、洄游移动和空间集群等[21]。本次调查结果表明库克群岛附近海域黄鳍金枪鱼高渔获率的温度范围为21～25 ℃，其中21～22 ℃最高，此温度范围处于调查海域的温跃层(图 2)。DAGORN等[22]和SCHAEFER等[7, 23]研究认为黄鳍金枪鱼的活动区域主要在温跃层以内，但偶尔会在温跃层以下活动，这与本研究结果一致。黄鳍金枪鱼适宜的海洋环境条件与其所处生长阶段以及生活周期有关,就产卵期的成鱼而言，其适宜的次表层水温在18～31 ℃之间，大量集中于20～28 ℃ [24]；MOHRI研究认为印度洋赤道水域黄鳍金枪鱼适宜的次表层温度范围为11～28 ℃,渔获率最高的次表层温度范围为13～24 ℃[20]，以上研究结果与本次调查的结果基本一致。ROMENA通过研究日本延绳钓渔业的数据认为黄鳍金枪鱼偏好的温度范围为17.0～20.5 ℃[25]，这与本研究结果不一致的原因可能是数据来源不同及调查海域的差异。

3.3 黄鳍金枪鱼渔获率与叶绿素a的关系

库克群岛海域叶绿素a浓度对黄鳍金枪鱼渔获率的影响较显著。SONG等[19]研究表明在印度洋公海捕获的黄鳍金枪鱼活动较频繁的叶绿素a浓度范围为 0.040～0.099 μg/L,黄鳍金枪鱼渔获率较高的叶绿素a浓度范围为0.090～0.099 μg/L,本研究的结果比以上研究结果的数据偏高(0.32～0.36 μg/L; 0.40～0.44 μg/L)，可能因为印度洋海域与库克群岛海域的初级生产力水平不同，印度洋海域叶绿素a浓度范围主要为0～0.1 μg/L，库克群岛海域叶绿素a浓度范围主要为0～0.6 μg/L，库克群岛海域的叶绿素a浓度明显高于印度洋海域。王少琴等[26]研究中西太平洋黄鳍金枪鱼渔获率与海洋环境的关系，结果表明在所有环境因子中，叶绿素a浓度对黄鳍金枪鱼渔获率的影响最为显著，其适宜生存的海表叶绿素a浓度范围为 0.152～0.168 μg/L，这与本研究中对应的表层叶绿素a浓度基本一致。本研究中黄鳍金枪鱼高渔获率的叶绿素a范围所处的水深范围与对应的高渔获率的水深范围基本一致，也处于温跃层以内(图 2)。

3.4 黄鳍金枪鱼渔获率与海流的关系

目前有关黄鳍金枪鱼分布与海流关系的研究很少。三维海流既能影响鱼类的正常游泳行为，又能促进海水的对流和热交换，进而影响海水温度并产生温跃层[27]，改变黄鳍金枪鱼的栖息水层。本研究中的调查区域位于南赤道流以南，表层海流为西南方向，流速较弱，而黄鳍金枪鱼偏好水层的海流与表层海流相反，以东北方向为主(图 3)；库克群岛海域南北方向海流会影响黄鳍金枪鱼的渔获率，且流速越低，渔获率越高(图 5)。由于调查时间较短，取样尾数较少，本文仅在本次调查的基础上考虑了渔获率与温度、叶绿素a、三维海流和水平海流的关系，没有涉及盐度、溶解氧等环境因素，在以后的研究中可延长调查时间、增加取样尾数和盐度、溶解氧等环境因素，以完整地研究库克群岛海域海洋环境因子对黄鳍金枪鱼渔获率的影响。

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Effects of environmental variables on catch rates of yellowfin tuna (Thunnus albacrares) in waters near Cook Islands
SONG Liming1,2,3,4, SHEN Zhibin1, ZHOU Jiankun1, LI Dongjing1     
1. College of Marine Sciences, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China;
2. National Engineering Research Center for Oceanic Fisheries, Shanghai 201306, China;
3. The Key Laboratory of Sustainable Exploitation of Oceanic Fisheries Resources, Ministry of Education, Shanghai 201306, China;
4. Collaborative Innovation Center for Distant-water Fisheries, Shanghai 201306, China
Abstract: To better understand the effects of environmental variables on catch rate of yellowfin tuna (Thunnus albacrares) is beneficial to increasing the yellowfin tuna catch rate and reducing the bycatch rates of other non-target species in the longline fisheries. In this study, the catch rate of yellowfin tuna and environmental variables were collected from longlining surveys in waters near Cook Islands from Sep. 8th, 2013 through Dec. 31th, 2013, including hook depth data, temperature, chlorophyll-a concentration, current, operating parameters, and catch data. Stepwise regression of DPS was used to develop the hook depth calculation model. Statistics and clustering analysis were used to analyze the effects of environmental variables on yellowfin tuna catch rate. Results showed that the depth, temperature, chlorophyll-a concentration, east-west direction current, south-north direction current, vertical and horizontal direction current related with the high catch rate of yellowfin tuna were 120-160 m, 21-22℃, 0.32-0.36 μg/L and 0.40-0.44 μg/L, -0.20-0.10 and 0.00-0.20 m/s, -0.10-0.20 m/s, -0.10-0.06 m/s and 0.02-0.06 m/s, 0.20-0.30 m/s, respectively. Results suggest that the hook numbers should be increased in ranges of the water depth, temperature, chlorophyll-a concentration, and current related with the high yellowfin tuna catch rate when fishing in the waters near Cook Islands and targeting yellowfin tuna.
Key words: Thunnus albacrares     environmental variables     catch rate     longline     Cook Islands