大亚湾南部海域渔业资源水声学评估

2017-05-30王东旭陈国宝汤勇李斌王志超

安徽农业科学 2017年6期

王东旭陈国宝汤勇李斌王志超

摘要 [目的]对大亚湾南部海域渔业资源的生物资源密度和总资源量进行水声学评估。[方法]2015年利用Simrad EY60声学系统进行了春季、夏季、秋季和冬季4个航次的声学调查，并以传统拖网方式同步采集生物学资料，对大亚湾南部海域的生物资源密度和总资源量进行了评估。[结果]2015年4月春季调查航次的平均生物资源密度为7.38×103 kg/n mile2，总资源量为172.8 t，优势种为二长棘鲷（平均生物资源密度为2.37×103 kg/n mile2）；2015年8月夏季调查航次的平均生物资源密度为8.58×103 kg/n mile2，总资源量为200.9 t，优势种为黄鳍马面鲀（平均生物资源密度为3.29×103 kg/n mile2）；2015年10月秋季调查航次平均生物资源密度为6.52×103 kg/n mile2，总资源量为152.6 t，优势种为短吻鲾（平均生物资源密度为2.59×103 kg/n mile2）；2015年12月冬季调查航次的平均生物資源密度为6.36×103 kg/n mile2，总资源量为148.9 t，优势种为皮氏叫姑鱼（平均生物资源密度为0.82×103 kg/n mile2）。[结论]该研究结果可为大亚湾南部海域海业资源的养护和管理提供科学依据。

关键词水声学评估；平均生物资源密度；总资源量；大亚湾

中图分类号 S931 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）06-0095-04

Underwater Acoustics Assessment on Fishery Resources in the Southern Daya Bay

WANG Dong-xu1，2，CHEN Guo-bao2，3*，TANG Yong1 et al （1.School of Marine Technology and Environment，Dalian Ocean University，Dalian，Liaoning 116023； 2.South China Sea Fisheries Research Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences，Guangzhou，Guangdong 510300； 3.Scientific Observing and Experimental Station of South China Sea Fishery Resources and Environment，Ministry of Agriculture，Guangzhou，Guangdong 510300）

Abstract [Objective] To make underwater acoustics assessment on biomass density and total biomass of fishery resources in the southern Daya Bay.[Method] Using Simrad EY60 acoustics system，four times of acoustics survey was made in four seasons of 2015，and biological data were synchronously sampled by traditional trawling method.The biomass density and total biomass in southern Daya Bay were assessed.[Result] In spring survey，the average biomass density in June of 2015 was 7.38×103 kg/n mile2，its total biomass was 172.8 t，and the dominant species was Paerargyrops edita（average biomass density of 2.37×103 kg/n mile2）.In summer survey，the average biomass density in August of 2015 was 8.58×103 kg/n mile2，the total biomass was 200.9 t，the dominant species was Navodon xanthopterus（average biomass density of 3.29×103 kg/n mile2）.In autumn survey，the average biomass density in October of 2015 was 6.52×103 kg/n mile2，total biomass was 152.6 t，the dominant species was Leiognathus brevirostris（average biomass density of 2.59×103 kg/n mile2）.In winter survey，the average biomass density in December of 2015 was 6.36×103 kg/n mile2，the total biomass was 148.9 t，the dominant species was Johnius belangerii（average biomass density of 0.82×103 kg/n mile2）.[Conclusion] The research results can provide scientific basis for the maintenance and management of fishery resources in the southern Daya Bay.

Key words Underwater acoustics assessment；Average biomass density；Total biomass；Daya Bay

大亚湾是我国南海北部的重要海湾，位于广东省东南部珠江河口东侧，海湾岸线长达92 km，曲折多变，被惠州平海半岛、惠阳南部沿海以及深圳大鹏半岛三面环绕。海湾面积约600 km2，湾内大小岛屿有50多个[1]，其优越的自然环境很适合海洋生物的栖息繁衍，因而具有丰富的渔业资源。近年来，由于人类活动的影响使湾内生态环境恶化由贫营养状态发展成中营养状态，生物群落组成明显小型化，生物多样性降低，再加上渔业的过度捕捞使湾内渔业生物资源衰退严重[2-3]。为恢复大亚湾的生物资源量，2006年广东省在大亚湾投放鱼苗20多万尾，2007年深圳市在大亚湾内进行海洋牧场建设，投放体积9.51 km3的人工鱼礁[4]，并对大亚湾进行渔业资源量的动态监测。

传统的渔业资源评估是利用拖网渔获物数据来估算海域资源量[5-7]，而渔业资源声学评估是一种新的评估方法。渔业资源声学评估技术与其他评估方法相比具有效率高、数据采集简便、调查范围广泛和不影响被调查海域的生态环境等优点，因此近几年得到广泛应用。国外在渔业资源声学评估方面已有较为成熟的研究[8-10]，国内于1984年引进，近年来围绕声学资源评估的研究日益增多，内陆淡水方面开展了东湖、黄河小浪底和水库方面的声学资源评估[11-14]；海洋方面，声学资源评估的研究大多集中在南海和北太平洋[15-20]。针对海湾水域渔业资源的声学评估，主要有对拓林湾南澳岛海洋牧场渔业资源和大亚湾杨梅坑人工鱼礁区渔业资源的声学评估等[21-22]。笔者于2015年4、8、10和12月利用Simrad EY60声学系统对大亚湾南部海域进行了4次走航式渔业资源调查，结合生物学采样数据利用声学评估技术对大亚湾南部海域渔业资源现存状况进行了评估，旨在为其渔业资源的养护与管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 调查海域

研究调查海域如图1所示，调查范围为114°34.0′～114°44.0′ E，22°32.0′～22°38.0′ N，主要包括大亚湾杨梅坑人工鱼礁区和大亚湾中央列岛区2个区域。通常声学调查航线依据调查区域的特征，设计成平行式或“之”字式[23]，由于该调查区域海域环境复杂，岛屿众多，因而实际调查航线并不规则。依据海域实际情况，调查航线设计成环岛形，基本覆盖设计调查海域，主要围绕大辣甲、小辣甲和牛頭洲等湾内岛屿。设置D1～D8共8个生物学数据采集站位，这8个站位的生物学数据能够代表调查区域的鱼类信息，为后续声学数据的处理与计算提供依据。

1.2 数据采集

调查数据采集包含声学数据采集和生物学数据采集2个部分。声学数据是使用Simrad EY60分裂波束科学鱼探仪进行采集，采集方式为走航式声学数据采集。声学系统参数需要根据调查海域的实际校准结果进行设定，在进行声学调查前对该声学系统进行校准，校准地点为调查海域内海况较稳定的近岸海域。研究用的鱼探仪频率为200 kHz，换能器型号ES200-7C，序列号587，发射功率150 W，脉冲宽度0.128 ms，增益27.25 dB，波束类型为分裂波束，双向波束宽度为20.70 dB，纵向波束角为6.69°，横向波束角为6.74°。

声学数据是在走航过程中录入，通过专业软件ER60保存在电脑中，外接GPS直接连接电脑，其位置数据和声学数据同步保存。换能器置于导流罩内通过连接钢管固定于船只右舷中间位置，导流罩前后连接细钢丝绳，以减少行船过程中导流罩前后晃动。导流罩需置于水深1 m以下，以减少船舶航行过程中水表层产生的气泡和水流的噪声影响，依据实际情况调节入水深度，避免船只左右摇摆及换能器露出水面形成数据空白。

生物学数据的采集是依据调查方案预先设定的站位，利用租用渔船在相应位置进行拖网。拖网时间为0.5 h，计时从下网结束至开始起网。渔船船号为“粤惠湾渔16009”，发动机功率135 kW，船长15.5 m，船宽5.6 m，排水量50 t。采样网具为拖网，网长4.8 m，网口宽2.6 m，网口高0.4 m，网目3 cm×3 cm。对大部分渔获物进行现场测量，获得生物学数据；部分渔获物现场不能完成测量，冰冻后带回实验室进行处理。

1.3 数据分析和处理

声学数据是利用Echoview软件进行分析和处理，数据处理前要对全部数据进行仔细检查，对照声学记录表选取有效声学数据。在数据处理过程中，需要去除的噪声主要包括船舶产生的机械噪声、海表噪声、海底噪声和浮游生物噪声[24]。该研究的声学数据中还存在一些停船作业时段（环境调查采样），查找声学记录表对应时间和经纬度，手动去除停船时段数据。根据实际情况，设置积分输出上限和积分输出下限，即海表线和海底线。2015年4月春季调查海表线设为1.5 m，海底线设为-0.2 m； 2015年8月夏季调查海表线设为1.0 m，海底线设为-0.2 m； 2015年10月秋季调查海表线设为1.0 m，海底线设为 -0.5 m； 2015年12月冬季调查海表线设为1.5 m，海底线设为-0.5 m。积分阈值设为-70 dB，以屏蔽弱散射体浮游生物等产生的回波信号，以0.25 n mile为航程基本输出单元，输出积分值NASC，即平均后向散射截面（Mean backscattering cross-section）。

根据站位信息采集的生物样本按照《海洋渔业资源调查规范》进行现场生物学测量，不能进行现场测量的部分渔获样本冰冻后带回实验室进行处理。需要测量的生物学数据包括尾数（个）、体长（mm）、体重（g）。

生物学数据是辅助声学数据来计算评估资源量，依据拖网所获生物学数据对评估鱼类进行积分值分配。

声学数据处理结果以0.25 n mile航程为计算单元，包括输出水层（Layer）、平均后向散射强度（Sv_mean）、平均后向散射截面积分值（NASC）、数据输出水层的平均高度和深度（Height_mean、Depth_mean）、每个输出单元开始“呯”和结束“呯”（Ping_E、Ping_E）、每个输出单元开始时间节点（Time_M）和每个输出单元开始节点的经度与纬度（Lon_M、Lat_M）等。

参照《多种类海洋渔业资源声学评估技术和方法》分别对4个航次调查数据进行计算，评估资源量。首先确定所评估种类目标强度参数值，根据相关资料确定目标强度和鱼类体长存在一定的函数关系，目标强度-体长关系公式[25]如下：TS=20logl+b20 （1）式中，TS表示鱼类的目标强度（dB），l表示鱼体体长（cm），b20表示评估种类的目标强度参数。其中，l可根据生物学数据确定，b20值通过查阅相关文献[14，17，22]确定。评估计算过程中所包含种类的b20值如表1所示。

在Excel中输出NASC积分总值，对积分值分配时参考生物学数据，积分值分配公式如下：SA，i=SAniiki=1nii （2）式中，SA，i表示第i种鱼的积分值，SA表示积分总值，ni表示第i种鱼的尾数，i表示第i种鱼的平均声学散射截面，k表示参与积分值分配鱼类种类总数。

平均声学散射截面i[23]的计算公式为：i=4π（）2·10b2010 （3）式中，表示鱼的平均体长（mm），可通过生物学数据计算得出；b20为目标强度相关参数值，通过查阅资料确定。

生物资源密度是以0.25 nmile航程为基本单元，参照相近站位的生物学拖网数据进行计算，具体计算公式为：ρi=iSA，i1 000 i（4）式中， ρi表示评估鱼种中第i种鱼的生物资源密度（kg/n mile2），i表示第i种鱼的平均体重（g），SA，i表示第i种鱼分配到的积分值（m2/n mile2），i表示第i种鱼的平均声学散射截面（m2）。

依据每种鱼类的平均生物资源密度，计算大亚湾内评估区域的总资源量，其计算公式为：B=A （5）式中，B表示评估区域内某一种鱼类的总资源量（kg），表示评估鱼种中某一种鱼类的生物资源密度（kg/n mile2），A为评估区域面积。

2 结果与分析

2.1 生物学数据分析

渔业资源量评估主要是依据声学数据进行计算，生物学数据只是辅助声学数据进行资源评估计算。声学数据无法判断水体中的生物种类以及每种所占总生物量的比例系数。通过生物學采样数据可以确定评估种类，以及每一种占总评估种类的比例系数、平均体长和平均体重。该研究中4个航次调查都进行了生物学采样，采样生物种类数量的变化情况如图2所示。

2015年4月春季调查总共捕获鱼类和头足类40种，除去鰕虎鱼类、鲆鲽鱼类等贴底生活的鱼类不参与积分值分配，共25种鱼类和3种头足类进行资源评估计算。渔获物种类数量大于10尾的有10种，包括二长棘鲷、黄斑蓝子鱼、短吻鲾、四线天竺鲷、竹筴鱼、日本红娘鱼、鹿斑鲾、六指马鲅、少鳞鱚和花鰶。其中，二长棘鲷共捕获1 062尾，在参与评估渔获物中占71%，具有明显的种群优势。黄斑蓝子鱼和短吻鲾在参与评估渔获物中所占比例分别为9%和6%，其余种类所占比例均小于5%。

2015年8月夏季调查共捕获64种鱼类和5种头足类，其中鱼类46种和头足类5种参与积分值分配进行资源评估计算。由于8月禁渔期刚刚结束，与春季航次相比渔获种类和数量都有明显增长。渔获物数量大于10尾的种类有20种，黄鳍马面鲀、四线天竺鲷、短吻鲾的捕获量均大于100尾。其中，黄鳍马面鲀为最优势种，捕获量为2 490尾，占比71%。春季航次的优势种二长棘鲷只捕获到51尾，占比1.4%。

2015年10月秋季调查捕获鱼类39种和头足类3种，参与积分值分配进行资源评估计算的鱼类有23种和头足类3种，渔获总量与夏季航次相比有所下降，优势种与前2个航次相比也发生变化。优势种为短吻鲾，捕获1 124尾所占比例为65%。夏季航次优势种黄鳍马面鲀只捕获36尾占比2.1%，未捕获到春季航次优势种二长棘鲷。该航次中细条天竺鱼和中线天竺鲷捕获量也较大，分别为195尾（占比11%）和221尾（占比12%）。此外，金线鱼、斑鰶和短蛸的捕获数量均大于10尾。

2015年12月冬季调查渔获物捕获种类和数量与秋季相比都有所下降，共捕获33种鱼类和2种头足类，参与积分值分配计算的有鱼类23种和头足类2种。未出现捕获尾数超过100尾的种，其中头足类杜氏枪乌贼捕获48尾占比19.5%为捕获量最大的种，黑边天竺鱼捕获31尾（占比12.6%），在所捕获鱼类中占比最大。前3个航次中渔获物中均出现具有明显种群优势的种类，分别为二长棘鲷、黄鳍马面鲀和短吻鲾，该航次未出现捕获尾数占明显优势的种群。捕获尾数达到10尾的有少鳞鱚、白姑鱼、金线鱼、黑边天竺鱼、勒氏短须石首鱼、双带天竺鲷、细条天竺鱼和杜氏枪乌贼。

2.2 声学数据分析

此次调查进行了春季、夏季、秋季和冬季4个航次的声学数据采集和生物学拖网取样，将声学数据结合生物学数据，评估了大亚湾湾内生物资源量。4个航次中参与评估的总种类有78种鱼类和6种头足类，其中春季航次出现25种鱼类和3种头足类评估生物种，平均生物资源密度为7.38×103 kg/n mile2；夏季航次由于禁渔期刚结束，与春季航次相比鱼的种类明显增多，共出现53种鱼类和6种头足类评估生物种，平均生物资源密度为8.58×103 kg/n mile2；秋季航次相比夏季航次生物种类和平均资源密度都有所下降，共有24种鱼类和3种头足类评估生物种，平均生物资源密度为6.52×103 kg/n mile2；最后冬季航次中评估生物种有23种鱼类和2种头足类，平均生物资源密度为6.36×103 kg/n mile2。4个航次平均资源密度为7.20×103 kg/n mile2左右，变化趋势如图3所示。

调查海域面积（A）约为23.4 n mile2 ，依据公式（5）计算大亚湾内总资源量，结果如表2所示。

在4个航次调查评估结果中每个航次的评估种类和种类平均生物资源密度都存在一些变化。春季航次单个鱼种平均生物资源密度较高的有二长棘鲷（2.37×103 kg/n mile2）、花鰶（1.20×103 kg/n mile2）和短吻鲾（0.68×103 kg/n mile2）。夏季航次评估结果中黄鳍马面鲀（3.29×103 kg/n mile2）、海鳗（0.91×103 kg/n mile2）、多齿蛇鲻（0.78×103 kg/n mile2）和短吻鲾（0.63×103 kg/n mile2）平均生物资源密度与其他种类相比较高，但春季航次中平均资源密度较高的种类中短吻鲾的平均生物资源密度（0.63×103 kg/n mile2）变化不大，而花鰶（0.17×103 kg/n mile2）和二长棘鲷（0.37×103 kg/n mile2）波动较大。在秋季航次平均资源密度较高的种类与前2个航次相比也有所变化，其中短吻鲾（2.59×103 kg/n mile2）、中线天竺鲷（0.65×103 kg/n mile2）、杜氏枪乌贼（0.56×103 kg/n mile2）和斑鰶（0.56×103 kg/n mile2）较高。冬季评估结果中皮氏叫姑鱼（0.82×103 kg/n mile2）、少鳞鱚（0.72×103 kg/n mile2）和金线鱼（0.64×103 kg/n mile2）的平均生物资源密度较高。每个航次前6种评估种类的资源密度和资源量如表3所示。

3 结论与讨论

此次调查研究中估算了大亚湾南部海域的生物资源现存状况，4个季节的调查结果阐述了湾内生物资源密度和资源量的季节性变化情况。大亚湾内4个季节的优势种分别为二长棘鲷、黄鳍马面鲀、短吻鲾和皮氏叫姑鱼，平均生物资源密度为7.20×103 kg/n mile2，与李娜娜等[21]采用声学方法评估大亚湾礁区外的平均生物资源密度（10.0×103 kg/n mile2）相比有所降低，可能与此次调查海域范围不同有关。此次调查范围基本涵盖整个南部海湾而其评估范围仅为礁区附近，由于受人工鱼礁影响资源密度相比整个海湾会偏大一些。

单个鱼种评估结果证明在大亚湾内各个季节的优势鱼种并不是固定不变的，同一鱼种在一年中不同季节的平均资源密度也是不相同的。各个季节的鱼类种数在评估结果中也存在明显差异。在评估种类较少的季节并不一定湾内生物种数就少，可能是某一种类在某一季节的资源密度较低，拖网采样未捕获到。在评估过程中对于个别鱼种的评估结果不能当作大亚湾内这一鱼种的生物资源密度，如春季的黄斑蓝子鱼（7.8×103 kg/n mile2）、冬季的中国鲳（5.9×103 kg/n mile2）和黑鲷（4.1×103 kg/n mile2）等与实际情况相差太大。造成这一结果的原因可能是拖网捕获的样本不能代表湾内整体，捕获尾数较少、个体偏大或单网尾数过多等情况都不能当作湾内实际生物分布情况。

声学评估方法在数据分析和处理过程中虽然经过了噪声剔除和积分分配等步骤，但研究结果中还可能存在一些不可避免的误差。调查采样船只并非专业声学调查船，租用船只在声学仪器安装方面还有很多欠缺。调查时仪器的稳定性、吃水深度、换能器角度和所用电压等方面都会影响采样数据的准确性。参与积分分配的生物一般为非贴地类的游泳鱼类，但也有一些情况中非贴地类游泳鱼类只参与积分分配而计算结果不算作湾内实际生物现存状况，虽在拖网捕获物中出現但捕获率很低并不能代表湾内整体情况的鱼类。

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