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作为重要的渔业资源,南大洋南极磷虾(下以磷虾简称)资源不仅仅在生态系统中占有关键地位,且极具经济价值。目前,磷虾渔业的发展出现显著的变化,新型捕捞技术的引入,新成员国的加入以及环境和气候的变化,使得磷虾渔业及其管理工作面临着前所未有的压力和挑战。保证以磷虾资源为核心的南大洋生态系统不受破坏,且较好地发展磷虾渔业等事宜一直是众多渔业科学家,乃至南极利益相关国所关注的核心内容。
有效的管理建立在对整个磷虾渔业充分了解的基础之上。考虑到目前针对磷虾(含生活史过程、资源分布与环境胁迫等)的认识还非常有限,磷虾渔业可称为典型的数据缺失型渔业(data-poorfishery)。虽然目前主要利用声学手段对磷虾资源进行评估,且该方法也成为CCAMLR认可的技术手段,但该方法仍存在许多难以量化的不确定性。此外,因磷虾自身生物学特性所造成的原因,例如无法较为准确地鉴定其年龄,限制了传统资源评估方法在磷虾渔业中的发展。南极远离人类大陆,基于科学调查开展磷虾资源的评估工作非常不易。为此,CCAMLR及其成员国开展考虑依托商业性磷虾渔船开展综合调查与评估,而目前关于磷虾渔业行为的研究和渔业样本数据特性的分析更近乎于空白。
寻找适合的方法分析其渔业活动的行为模式,并在此基础上,兼顾磷虾现有生物学特性信息,综合利用科学调查与渔业捕捞数据,建立适合磷虾资源的评估体系,对关键区域的磷虾资源状况进行分析研究,分析资源水平与捕捞水平之间的关系,可以为资源管理工作提供更为可靠和直接的科学信息。
因此,在对磷虾渔业进行充分理解的基础上,本研究综合磷虾渔业数据和科学调查数据,基于综合体长结构模型构建适合于磷虾资源的综合体长结构模型,在不同的自然死亡估算方法下、不同数据权重下对1992年-2011年期间磷虾资源主要分布区(CCAMLR48.1亚区)的磷虾资源状况进行了分析。主要研究结论如下:
(1)南极磷虾样本数据采集特征分析
基于列维随机游走模型,在两种估算μ值的方法下,μ值均在1~3的范围之内,充分证明南极磷虾渔业的采样方式属于列维随机游走模式,具有明显的随机性。从原理上、磷虾的自然资源特征上分析磷虾渔业采样方式和科学调查采样方式,
为今后的综合分析提供科学信息。
(2)搭建适用于南极磷虾资源的评估体系
基于综合体长模型,结合磷虾资源特征,搭建了适用于评估南极磷虾资源状况的评估体系,在不同前提假设下(不同自然死亡系数估算方法;不同的数据权重)对48.1区的南极磷虾资源状况进行了分析,模型均得到收敛,同时结果显示不同的自然死亡估算方法、不同的数据权重,对基于综合体长模型来评估南极磷虾资源状况有较大的影响。
(3)在不同自然死亡系数估算方法下评估48.1海区南极磷虾资源状况
自然死亡水平1代表自然死亡系数被预先进行赋值,自然死亡水平2代表自然死亡系数通过模型自行估算。在两种自然死亡水平下,所建立的适用于南极磷虾资源评估的综合体长模型均得到收敛并得到可逆的海森矩阵,以最大梯度分量为标准,模型的收敛性在自然死亡水平2下要优于在自然死亡水平1下。在两种自然死亡水平下,模型对调查体长的拟合均要优于对渔业体长的拟合,对年产量数据的拟合均优于对科学调查数量的拟合。
在自然死亡水平1下,磷虾在生长阶段的年平均体长增长量随体长的增长而逐渐降低,变化范围值在13.24mm~0.84mm;捕捞死亡系数在0.01~0.16之间;磷虾补充量个体在6.30×1011~3.17×1012之间;磷虾成熟群体量的范围在6.32×105~1.28×106吨,可持续捕捞的成熟群体量水平在4.19×105吨。在自然死亡水平2下,磷虾在生长阶段的年平均体长增长量随体长的增长而逐渐降低,变化范围值在13.33mm~0.93mm;捕捞死亡系数在0.01~0.16之间;模型估算的自然死亡系数为0.53±0.067;补充量个体在1.73×1012~5.76×1012之间;成熟群体量的范围在9.23×105~2.04×106吨,可持续捕捞的成熟群体量水平在4.37×105吨。在两种自然死亡水平下,模型对调查选择性的估算几乎相同,对渔业捕捞选择性的估算差异较大,但总体上的变化趋势是一致的。
对比分析,在两种自然死亡水平下,模型估算的捕捞死亡相同,且捕捞死亡随年份的变化趋势,随产量的变化趋势一致;自然死亡水平1下模型估算的补充量要低于在自然死亡水平2下所估算的补充量,但各年的补充量变化趋势总体上是一致的,且均随时间呈现循环式的变化;各年的成熟群体量和可持续捕捞成熟群体量均远远高于各年的磷虾产量。
两种自然死亡水平下,模型中参数差异性最大的为自然死亡系数,差异性达到了24.53%。以平均差异性为比较的基准,两种自然水平下,模型估算成熟群体量的差异性最小,估算的补充量群体差异性最大。
(4)在不同数据权重下评估48.1海区南极磷虾资源状况
在自然死亡水平1--三种不同的数据权重(0.1、0.5、1)、自然死亡水平2--三种不同的数据权重(0.25、0.5、1)的六种组合下,分别估算磷虾的资源状态,模型均得到了收敛,最终得到了一个可逆的海森矩阵。其中,自然死亡水平2--数据权重为1的模型收敛性为最佳。整体上分析,在两种自然死亡水平与之对应的三种数据权重下,模型对磷虾调查体长组成和对磷虾渔业捕捞体长组成的拟合没有较大的差异,且模型对调查体长组成的拟合均要优于模型对渔业捕捞体长的拟合。
在自然死亡水平1所对应的三种权重下,磷虾的年平均体长增长量随体长的增加而逐渐降低,范围值分别在12.97mm~0.97mm;13.23mm~0.83mm;13.38mm~0.98mm之间;权重为0.1时,捕捞死亡的范围在0.01~0.19之间;在权重为0.5与1时,捕捞死亡的范围在0.01~0.16之间;模型估算的补充量个体量在4.8×1011~4.91×1012之间,其中当权重为1时,所估算的平均补充个体量最高;模型估算的磷虾成熟群体量在5.28×105~1.84×106吨之间,其中当权重为0.1时,所估算的平均成熟量群体最高;可持续捕捞成熟群体量在3.73×105~4.9×105吨之间,当权重为1时估算值最高;渔业50%的选择性在32.42mm~33.51mm,渔业95%的选择性在39.75mm~41.19mm,科学调查50%的选择性在36.28mm~38.69mm,科学调查95%的选择性在50.81mm~53.75mm。
在自然死亡水平2所对应的三种权重下,磷虾的年平均体长增长量随体长的增长而逐渐降低,范围在13.32mm~0.92mm;13.33mm~0.93mm;13.37mm~1.37mm之间;模型估算的自然死亡系数分别为0.47、0.53、0.6;捕捞死亡范围均在0.01~0.16之间;补充量个体量在1.47×1012~9.49×1012之间,当权重为1时,所估算的平均补充量个体量最高;磷虾成熟群体量在8.59×105~2.04×106吨之间,其中当权重为1时,所估算的平均成熟量群体最高;可持续捕捞成熟群体量在3.97×105~4.96×105吨之间,权重为1时估算值最高;渔业50%的选择性在32.55mm~34.19mm,渔业95%的选择性在39.74mm~42.03mm,科学调查50%的选择性在38.48mm~41.94mm,科学调查95%的选择性在53.51mm~57.04mm。
对比分析,在两种自然死亡水平与之一一对应的数据权重下(以下简称为:M1-3DW,M2-3DW),磷虾的年平均体长增长量在M2-3DW下估算的差异范围较小;估算的捕捞死亡在M1-3DW下,得到的范围一致,但随年份的变化不一致,而在M2-3DW下,估算的范围一致,且随年份的变化一致;磷虾的补充个体量、成熟群体量、可持续捕捞成熟群体量在M2-3DW下所估算的水平均要高于在M1-3DW下所估算的水平,但各年的成熟群体量和可持续捕捞成熟群体量均远远高于各年的磷虾产量。
(5)48.1海区南极磷虾资源量水平与模型适用性
在考虑自然死亡系数这一重要参数的变化,数据权重对综合评估模型的重要性下评估南极磷虾的补充量范围在4.8×1011~9.49×1012,成熟群体量范围在5.28×105~2.04×106吨,可持续捕捞的成熟群体量在3.73×105~4.96×105吨。对比48.1海区的平均产量4.45×104吨,以及CCAMLR对48.1海区的所设定的捕捞限额1.55×105吨,可以整体上判断48.1区南极磷虾的资源量水平处于稳定的状态。当自然死亡系数被预先指定时,模型估算结果较为保守,数据权重对其影响较大且无明显规律;当模型将自然死亡参数认为是模型中被估算的参数时,模型评估结果较为稳定,数据权重对其影响有明显规律。
有效的管理建立在对整个磷虾渔业充分了解的基础之上。考虑到目前针对磷虾(含生活史过程、资源分布与环境胁迫等)的认识还非常有限,磷虾渔业可称为典型的数据缺失型渔业(data-poorfishery)。虽然目前主要利用声学手段对磷虾资源进行评估,且该方法也成为CCAMLR认可的技术手段,但该方法仍存在许多难以量化的不确定性。此外,因磷虾自身生物学特性所造成的原因,例如无法较为准确地鉴定其年龄,限制了传统资源评估方法在磷虾渔业中的发展。南极远离人类大陆,基于科学调查开展磷虾资源的评估工作非常不易。为此,CCAMLR及其成员国开展考虑依托商业性磷虾渔船开展综合调查与评估,而目前关于磷虾渔业行为的研究和渔业样本数据特性的分析更近乎于空白。
寻找适合的方法分析其渔业活动的行为模式,并在此基础上,兼顾磷虾现有生物学特性信息,综合利用科学调查与渔业捕捞数据,建立适合磷虾资源的评估体系,对关键区域的磷虾资源状况进行分析研究,分析资源水平与捕捞水平之间的关系,可以为资源管理工作提供更为可靠和直接的科学信息。
因此,在对磷虾渔业进行充分理解的基础上,本研究综合磷虾渔业数据和科学调查数据,基于综合体长结构模型构建适合于磷虾资源的综合体长结构模型,在不同的自然死亡估算方法下、不同数据权重下对1992年-2011年期间磷虾资源主要分布区(CCAMLR48.1亚区)的磷虾资源状况进行了分析。主要研究结论如下:
(1)南极磷虾样本数据采集特征分析
基于列维随机游走模型,在两种估算μ值的方法下,μ值均在1~3的范围之内,充分证明南极磷虾渔业的采样方式属于列维随机游走模式,具有明显的随机性。从原理上、磷虾的自然资源特征上分析磷虾渔业采样方式和科学调查采样方式,
为今后的综合分析提供科学信息。
(2)搭建适用于南极磷虾资源的评估体系
基于综合体长模型,结合磷虾资源特征,搭建了适用于评估南极磷虾资源状况的评估体系,在不同前提假设下(不同自然死亡系数估算方法;不同的数据权重)对48.1区的南极磷虾资源状况进行了分析,模型均得到收敛,同时结果显示不同的自然死亡估算方法、不同的数据权重,对基于综合体长模型来评估南极磷虾资源状况有较大的影响。
(3)在不同自然死亡系数估算方法下评估48.1海区南极磷虾资源状况
自然死亡水平1代表自然死亡系数被预先进行赋值,自然死亡水平2代表自然死亡系数通过模型自行估算。在两种自然死亡水平下,所建立的适用于南极磷虾资源评估的综合体长模型均得到收敛并得到可逆的海森矩阵,以最大梯度分量为标准,模型的收敛性在自然死亡水平2下要优于在自然死亡水平1下。在两种自然死亡水平下,模型对调查体长的拟合均要优于对渔业体长的拟合,对年产量数据的拟合均优于对科学调查数量的拟合。
在自然死亡水平1下,磷虾在生长阶段的年平均体长增长量随体长的增长而逐渐降低,变化范围值在13.24mm~0.84mm;捕捞死亡系数在0.01~0.16之间;磷虾补充量个体在6.30×1011~3.17×1012之间;磷虾成熟群体量的范围在6.32×105~1.28×106吨,可持续捕捞的成熟群体量水平在4.19×105吨。在自然死亡水平2下,磷虾在生长阶段的年平均体长增长量随体长的增长而逐渐降低,变化范围值在13.33mm~0.93mm;捕捞死亡系数在0.01~0.16之间;模型估算的自然死亡系数为0.53±0.067;补充量个体在1.73×1012~5.76×1012之间;成熟群体量的范围在9.23×105~2.04×106吨,可持续捕捞的成熟群体量水平在4.37×105吨。在两种自然死亡水平下,模型对调查选择性的估算几乎相同,对渔业捕捞选择性的估算差异较大,但总体上的变化趋势是一致的。
对比分析,在两种自然死亡水平下,模型估算的捕捞死亡相同,且捕捞死亡随年份的变化趋势,随产量的变化趋势一致;自然死亡水平1下模型估算的补充量要低于在自然死亡水平2下所估算的补充量,但各年的补充量变化趋势总体上是一致的,且均随时间呈现循环式的变化;各年的成熟群体量和可持续捕捞成熟群体量均远远高于各年的磷虾产量。
两种自然死亡水平下,模型中参数差异性最大的为自然死亡系数,差异性达到了24.53%。以平均差异性为比较的基准,两种自然水平下,模型估算成熟群体量的差异性最小,估算的补充量群体差异性最大。
(4)在不同数据权重下评估48.1海区南极磷虾资源状况
在自然死亡水平1--三种不同的数据权重(0.1、0.5、1)、自然死亡水平2--三种不同的数据权重(0.25、0.5、1)的六种组合下,分别估算磷虾的资源状态,模型均得到了收敛,最终得到了一个可逆的海森矩阵。其中,自然死亡水平2--数据权重为1的模型收敛性为最佳。整体上分析,在两种自然死亡水平与之对应的三种数据权重下,模型对磷虾调查体长组成和对磷虾渔业捕捞体长组成的拟合没有较大的差异,且模型对调查体长组成的拟合均要优于模型对渔业捕捞体长的拟合。
在自然死亡水平1所对应的三种权重下,磷虾的年平均体长增长量随体长的增加而逐渐降低,范围值分别在12.97mm~0.97mm;13.23mm~0.83mm;13.38mm~0.98mm之间;权重为0.1时,捕捞死亡的范围在0.01~0.19之间;在权重为0.5与1时,捕捞死亡的范围在0.01~0.16之间;模型估算的补充量个体量在4.8×1011~4.91×1012之间,其中当权重为1时,所估算的平均补充个体量最高;模型估算的磷虾成熟群体量在5.28×105~1.84×106吨之间,其中当权重为0.1时,所估算的平均成熟量群体最高;可持续捕捞成熟群体量在3.73×105~4.9×105吨之间,当权重为1时估算值最高;渔业50%的选择性在32.42mm~33.51mm,渔业95%的选择性在39.75mm~41.19mm,科学调查50%的选择性在36.28mm~38.69mm,科学调查95%的选择性在50.81mm~53.75mm。
在自然死亡水平2所对应的三种权重下,磷虾的年平均体长增长量随体长的增长而逐渐降低,范围在13.32mm~0.92mm;13.33mm~0.93mm;13.37mm~1.37mm之间;模型估算的自然死亡系数分别为0.47、0.53、0.6;捕捞死亡范围均在0.01~0.16之间;补充量个体量在1.47×1012~9.49×1012之间,当权重为1时,所估算的平均补充量个体量最高;磷虾成熟群体量在8.59×105~2.04×106吨之间,其中当权重为1时,所估算的平均成熟量群体最高;可持续捕捞成熟群体量在3.97×105~4.96×105吨之间,权重为1时估算值最高;渔业50%的选择性在32.55mm~34.19mm,渔业95%的选择性在39.74mm~42.03mm,科学调查50%的选择性在38.48mm~41.94mm,科学调查95%的选择性在53.51mm~57.04mm。
对比分析,在两种自然死亡水平与之一一对应的数据权重下(以下简称为:M1-3DW,M2-3DW),磷虾的年平均体长增长量在M2-3DW下估算的差异范围较小;估算的捕捞死亡在M1-3DW下,得到的范围一致,但随年份的变化不一致,而在M2-3DW下,估算的范围一致,且随年份的变化一致;磷虾的补充个体量、成熟群体量、可持续捕捞成熟群体量在M2-3DW下所估算的水平均要高于在M1-3DW下所估算的水平,但各年的成熟群体量和可持续捕捞成熟群体量均远远高于各年的磷虾产量。
(5)48.1海区南极磷虾资源量水平与模型适用性
在考虑自然死亡系数这一重要参数的变化,数据权重对综合评估模型的重要性下评估南极磷虾的补充量范围在4.8×1011~9.49×1012,成熟群体量范围在5.28×105~2.04×106吨,可持续捕捞的成熟群体量在3.73×105~4.96×105吨。对比48.1海区的平均产量4.45×104吨,以及CCAMLR对48.1海区的所设定的捕捞限额1.55×105吨,可以整体上判断48.1区南极磷虾的资源量水平处于稳定的状态。当自然死亡系数被预先指定时,模型估算结果较为保守,数据权重对其影响较大且无明显规律;当模型将自然死亡参数认为是模型中被估算的参数时,模型评估结果较为稳定,数据权重对其影响有明显规律。