黑潮、親潮及其交匯區(qū)水溫與秋刀魚資源豐度的關(guān)系

張培超 ，張孝民，徐炳慶，李少文

(山東省海洋資源與環(huán)境研究院，山東省海洋生態(tài)修復(fù)重點實驗室，山東 煙臺 264006)

黑潮和親潮是北太平洋最西部的兩股強(qiáng)勁海流，對西北太平洋及其附近海域的氣候、生態(tài)環(huán)境和漁業(yè)資源有強(qiáng)烈的影響[1]。黑潮發(fā)源于北赤道，由我國臺灣東側(cè)進(jìn)入東海，經(jīng)日本列島向北流去。黑潮上層水溫常年較高，高溫、高鹽，又稱“黑潮暖流”[2]。研究表明，黑潮海域附近的海表面溫度(Sea surface temperature，SST)的變化對遠(yuǎn)東擬沙丁魚(Sardinopssagax)的資源補(bǔ)充量有顯著的影響，暖流導(dǎo)致水溫升高，不利于其幼魚的生長[3]。親潮是由北向南的寒流，具有低溫、高鹽的特點，與北上的黑潮交匯，帶來了大量的浮游動植物，從而形成了西北太平洋最豐富的魚類索餌場[4]。黑潮親潮交匯區(qū)是眾多小型中上層魚類產(chǎn)卵洄游索餌的重要場所[5]，此區(qū)域的海洋環(huán)境常常表現(xiàn)出明顯的年際變化[1]，使得中上層魚類[沙丁魚、秋刀魚(Cololabissaira)、日本鯖(Scomberjaponicus)等]的幼魚密度[6]、肥滿度[7]、資源豐度[8]年間變化較大。

秋刀魚廣泛分布于西北太平洋海域[9]，相關(guān)研究認(rèn)為黑潮海域是秋刀魚的主要產(chǎn)卵場[10]，秋刀魚在冬季產(chǎn)卵，春季進(jìn)行北上洄游，洄游的主要區(qū)域在黑潮親潮交匯區(qū)，夏季到達(dá)索餌場，索餌場的區(qū)域與親潮分布海域基本吻合[8]。索餌結(jié)束后，會繼續(xù)南下洄游，秋刀魚捕撈主要在其索餌場和南下洄游區(qū)域進(jìn)行[11]。Tian Y等認(rèn)為黑潮海域的SST的年際變化會影響秋刀魚的資源豐度[12]，海表面鹽度(SSS)和葉綠素濃度(Chl)與秋刀魚幼魚的密度也有顯著的相關(guān)關(guān)系[13]。總之，整個秋刀魚洄游范圍內(nèi)(即黑潮親潮海域)的氣候變化與秋刀魚資源量緊密相關(guān)，秋刀魚可以作為黑潮海域生態(tài)轉(zhuǎn)換的生物指示劑[8]。目前，我國大陸主要集中研究了秋刀魚漁場的海洋環(huán)境因子與資源分布的關(guān)系[14-18]，從國外相關(guān)研究可以看出，洄游路徑上黑潮和親潮海域的海洋環(huán)境因子對秋刀魚種群的分布有很大的影響。本文重點對黑潮、親潮及其交匯區(qū)海域水溫與秋刀魚資源豐度的關(guān)系進(jìn)行研究，進(jìn)一步掌握秋刀魚資源豐度的年間變化規(guī)律，為秋刀魚漁業(yè)的科學(xué)管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

1)秋刀魚統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于北太平洋漁業(yè)委員會報告，數(shù)據(jù)內(nèi)容包括日期、經(jīng)緯度、漁獲量等。捕撈產(chǎn)量為所有船只秋刀魚總漁獲量，單位：t；單位捕撈努力量漁獲量(CPUE)為單船每天的平均漁獲量，單位：t/d；時間范圍為1995—2014年，共計20年，時間分辨率為年。

2)黑潮和親潮海域水溫數(shù)據(jù)來源于美國夏威夷大學(xué)網(wǎng)站(http：//apdrc.soest.hawaii.edu/las/v6/dataset?catitem=0)，包括SST和海表面溫度異常(Sea surface temperature anomaly，SSTA)，經(jīng)緯度參照Tian Y等[8]文獻(xiàn)中規(guī)定的范圍，如圖1所示，黑潮海域(產(chǎn)卵場)范圍為28°～35°N、128°～145°E；交匯區(qū)海域(洄游區(qū))范圍為35°～40°N、140°～160°E；親潮海域(索餌場)范圍40°～45°N、140°～160°E。時間范圍同樣參照Tian Y等[8]資料，秋刀魚洄游至黑潮區(qū)、交匯區(qū)、親潮區(qū)的時間分別是冬季1—3月、春季4—6月和夏季7—9月，數(shù)據(jù)空間分辨率為1°×1°，將1995—2014年1—9月在黑潮、親潮和交匯區(qū)內(nèi)的SST和SSTA總平均值作為與產(chǎn)量數(shù)據(jù)對應(yīng)的環(huán)境數(shù)據(jù)[19]。秋刀魚主要在冬季產(chǎn)卵，夏季洄游，秋季索餌[11]，本文環(huán)境數(shù)據(jù)主要包括黑潮海域1—3月(KC1～KC3)、交匯海域4—6月(TZ4～TZ6)和親潮海域7—9月(OC7～OC9)的SST和SSTA數(shù)據(jù)。

1.2 研究方法

1)秋刀魚作業(yè)方式漁獲選擇性強(qiáng)，沒有兼捕魚種，因此從理論上捕撈產(chǎn)量和CPUE可以作為表征秋刀魚資源豐度的指標(biāo)[19]，以此研究1995—2014年秋刀魚資源豐度的年間變化。

2)采用灰色關(guān)聯(lián)度法[20]分析秋刀魚資源豐度與黑潮、親潮和交匯區(qū)海域的SST和SSTA的關(guān)系，根據(jù)陳新軍[21]相關(guān)研究經(jīng)驗，本文中分辨系數(shù)取0.5，分別以捕撈產(chǎn)量和CPUE為母序列，黑潮區(qū)1—3月SST(SSTKC1～KC3)、交匯區(qū)4—6月SST(SSTTZ4～TZ6)、親潮區(qū)7—9月SST(SSTOC7～OC9)、黑潮區(qū)1—3月SSTA(SSTAKC1～KC3)、交匯區(qū)4—6月SSTA(SSTATZ4～TZ6)、親潮區(qū)7—9月SSTA(SSTAOC7～OC9)為子序列，分析各子序列與秋刀魚資源豐度的關(guān)聯(lián)順序，確定主要影響因子。

3)采用頻次統(tǒng)計分析方法分析SST和SSTA與秋刀魚資源豐度的關(guān)系，確定秋刀魚資源處于高豐度時水溫因子適宜范圍。以CPUE表征的秋刀魚資源豐度，CPUE高于20年平均值的年份定義為高豐度的年份。根據(jù)本文所研究海域范圍大小，將黑潮、親潮和交匯區(qū)海域范圍以2°×2°定義為一個海區(qū)，取一個SST和SSTA。根據(jù)海區(qū)內(nèi)SST和SSTA的溫度范圍，為使得到的適宜范圍合理，并且利于統(tǒng)計，將SST間距為2.0℃和SSTA間距為0.5℃作為一個分布區(qū)間，統(tǒng)計各個區(qū)間內(nèi)海區(qū)的個數(shù)，分析水溫因子適宜范圍，并運用非參數(shù)統(tǒng)計K-S檢驗法[22-24]對秋刀魚資源豐度與水溫因子的關(guān)系進(jìn)行顯著性檢驗。

2 研究結(jié)果

2.1 西北太平洋秋刀魚資源豐度年間變化

1995—2014年秋刀魚的捕撈產(chǎn)量和CPUE的平均值分別為3.8×105t和16.59 t/d。從圖2中可以看出，以捕撈產(chǎn)量和CPUE表征的秋刀魚資源豐度年間變化規(guī)律基本相同。其中2008年和2014年捕撈產(chǎn)量和CPUE均較高，其他年份相對比較平均。其中1998年和1999年為歷史最低水平，1997年和2001年相對較高。

總體來看，秋刀魚資源豐度年間變化較大，呈現(xiàn)出“大小年”的現(xiàn)象，即一年資源豐度增加，第二年資源豐度減少，反之亦然，增加的幅度一般大于減少的幅度，因此秋刀魚的資源豐度總體呈增加的趨勢。

2.2 秋刀魚資源豐度與水溫因子的關(guān)聯(lián)度

1995—2014年秋刀魚捕撈產(chǎn)量和CPUE與黑潮、親潮及交匯區(qū)SST、SSTA的關(guān)聯(lián)度分析如表1和表2所示，以CPUE表征的資源豐度與SST和SSTA的關(guān)聯(lián)度均高于捕撈產(chǎn)量，說明了以CPUE表征資源豐度的效果更好。本文取捕撈產(chǎn)量和CPUE與SST和SSTA關(guān)聯(lián)度的平均值進(jìn)行研究，資源豐度與SST的關(guān)聯(lián)度范圍為0.652 1～0.663 2，與SSTA的關(guān)聯(lián)度范圍為0.614 1～0.893 4，整體來看，秋刀魚資源豐度與SSTA的關(guān)聯(lián)度高于SST。

秋刀魚資源豐度與SST和SSTA的關(guān)聯(lián)度大小順序依次為SSTAKC1>SSTAOC7>SSTAOC9>SSTATZ6>SSTATZ5>SSTATZ4>SSTAOC8>SSTAKC2>SSTOC9>SSTKC3>SSTKC2>SSTTZ6>SSTTZ5>SSTOC8>SSTKC1>SSTTZ4>SSTOC7>SSTAKC3。

表1 秋刀魚資源豐度與黑潮、親潮及交匯區(qū)SST的關(guān)聯(lián)度

續(xù)表1

表2 秋刀魚資源豐度與黑潮、親潮及交匯區(qū)SSTA的關(guān)聯(lián)度

2.3 秋刀魚資源高豐度時黑潮、親潮及交匯區(qū)適宜的水溫因子

根據(jù)CPUE表征的資源豐度，確定秋刀魚資源豐度較高的10個年份，從高到低分別為2014、2013、2012、2011、2008、2003、1997、2007、2010、2005年，這10個年份的CPUE均高于20年間的平均值。

頻次統(tǒng)計分析如表3、表4所示，結(jié)果表明秋刀魚資源處于高豐度時黑潮區(qū)SSTKC1～KC3的適宜SST均為18～20℃，交匯區(qū)SSTTZ4～TZ6的適宜SST分別為12～14℃、14～16℃和16～18℃，親潮區(qū)SSTOC7～OC9的適宜SST分別為16～18℃、18～20℃和18～20℃。黑潮區(qū)SSTAKC1～KC3的適宜SSTA分別為0～0.5℃、0～0.5℃和0.5～1.0℃，交匯區(qū)SSTATZ4～TZ6的適宜SSTA分別為0.5～1.0℃、0～0.5℃和0.5～1.0℃，親潮區(qū)SSTOC7～OC9的適宜SST分別為1.0～1.5℃、0.5～1.0℃和1.0～1.5℃。

表3 秋刀魚資源豐度與黑潮、親潮及交匯區(qū)SST相關(guān)頻次統(tǒng)計

表4 秋刀魚資源豐度與黑潮、親潮及交匯區(qū)SSTA相關(guān)頻次統(tǒng)計

2.4 K-S檢驗結(jié)果

對各月CPUE與SST和SSTA進(jìn)行K-S檢驗，所得的統(tǒng)計量D以及臨界值P如表5所示。檢驗結(jié)果表明，在顯著水平α=0.10的情況下，假設(shè)檢驗條件F(t)=G(t)成立，結(jié)果沒有顯著性差異，可以認(rèn)為在黑潮、親潮及交匯區(qū)內(nèi)各月適宜SST和SSTA范圍是合適的。

表5 K-S檢驗統(tǒng)計表

3 討論

秋刀魚年齡一般為兩齡[25-26]，為短生命周期的魚類，其資源豐度受環(huán)境因子影響較大，尤其是水溫因子[14，17]。秋刀魚漁場的海洋環(huán)境很大程度上決定了秋刀魚中心漁場和魚群密度的分布[15]，但秋刀魚洄游路線海洋環(huán)境變化會影響秋刀魚的幼魚成活率、生長速度和肥滿度[12]等，進(jìn)而影響秋刀魚的資源豐度。秋刀魚資源豐度的年間變化規(guī)律呈“大小年”的現(xiàn)象，可能的原因是秋刀魚生命周期短，其資源補(bǔ)充量基本上來源于當(dāng)年的幼魚[12]，對秋刀魚成魚的捕撈勢必會影響次年產(chǎn)卵量和幼魚數(shù)量，所以捕撈產(chǎn)量高的年份會對次年秋刀魚資源豐度產(chǎn)生影響，造成“大小年”現(xiàn)象。捕撈產(chǎn)量和CPUE在2003—2014年明顯高于1995—2002年，主要原因是捕撈技術(shù)和作業(yè)漁船捕撈能力的提高，以及在2003年以后，我國大陸開始進(jìn)行北太平洋公海秋刀魚的生產(chǎn)作業(yè)[9]。

秋刀魚的洄游路線主要集中在黑潮和親潮水域，冬季在黑潮水域中產(chǎn)卵，春季仔幼魚集中在交匯區(qū)水域，夏季在親潮區(qū)集群，開始向南進(jìn)行生殖洄游，秋季到達(dá)索餌場育肥成長[27]，洄游過程中水溫因子與秋刀魚的產(chǎn)卵、育肥和漁場分布息息相關(guān)。本文初步研究了黑潮、親潮及其交匯區(qū)SST和SSTA與秋刀魚資源豐度的關(guān)聯(lián)度，其結(jié)果均在0.6以上，關(guān)聯(lián)度較高。秋刀魚資源豐度與SSTA的關(guān)聯(lián)度普遍高于SST，秋刀魚屬于冷水性洄游魚類，對周圍海洋環(huán)境變化異常敏感[7]，海表面溫度的異常變化對其資源豐度的影響更加明顯，通過對環(huán)境變化規(guī)律的研究，可以間接掌握秋刀魚資源豐度的變化。秋刀魚在黑潮和親潮水域SSTA的適宜范圍為0～1.5℃，SST的適宜范圍為14～20℃，與之前對秋刀魚漁場的適宜SST[15-16]的研究結(jié)果基本相似，說明秋刀魚在整個產(chǎn)卵、索餌、育肥的洄游過程中的適宜棲息溫度范圍是基本一致的。

余為等[28]認(rèn)為黑潮強(qiáng)度減弱，冷水團(tuán)向南入侵勢力變強(qiáng)，影響柔魚的洄游，導(dǎo)致2009年柔魚產(chǎn)量的明顯下降。秋刀魚產(chǎn)量在2015年也出現(xiàn)產(chǎn)量明顯下降的現(xiàn)象，可能與黑潮、親潮及其交匯區(qū)的海洋環(huán)境因子的變化有關(guān)，需要進(jìn)一步地研究其與秋刀魚資源豐度的具體關(guān)系。除了水溫因子(SST和SSTA)以外，黑潮、親潮及其交匯區(qū)的葉綠素濃度、海表面高度、海表面鹽度、黑潮流量[29]和黑潮路徑[30]等都對西北太平洋海域經(jīng)濟(jì)型魚類的漁場形成、分布和資源豐度有重要的影響，需要在未來對相關(guān)的海洋環(huán)境因子進(jìn)行更深入的研究。

秋刀魚的盛漁期在9—11月[31]，通過對黑潮、親潮及其交匯區(qū)的1—9月份水溫因子的研究，可以為提前掌握當(dāng)年秋刀魚的資源豐度情況提供幫助。近年來，隨著近海資源的衰退[32]，我國大陸加大了對西北太平洋公海秋刀魚資源的開發(fā)利用，但NPFC的成立勢必會管理和限制秋刀魚資源開發(fā)的捕撈努力量。通過本文對黑潮、親潮及其交匯區(qū)的水溫因子的研究，提前掌握秋刀魚的資源豐度的大體情況，為我國大陸合理安排秋刀魚漁船數(shù)量及捕撈努力量提供依據(jù)。