南極半島周邊水域南極磷蝦漁場特征分析

張吉昌，李顯森，樊鋼洲，徐玉成，朱建成，于 漢

（1中國水產科學研究院黃海水產研究所，農業農村部極地漁業開發重點實驗室，山東青島 266071；2青島海洋科學與技術試點國家實驗室，深藍漁業工程聯合實驗室，山東青島 266237；3遼寧遠洋漁業有限公司，遼寧大連 116113）

南極磷蝦（以下簡稱磷蝦），是當前已知的生物量極高的可捕漁業資源［1］。我國大型拖網加工船自2009／2010漁季赴南極水域開展磷蝦資源探捕和生產以來，經過10余年的發展，已發展出初具規模的磷蝦漁業，成為遠洋和極地漁業新的增長點。近年眾多學者對磷蝦漁場時空變動規律開展了大量研究［2-4］，但由于南極水域環境條件復雜多變，可供漁船高產作業的漁場環境影響機制尚未準確探明。漁船對磷蝦資源的掌控能力不足，導致尋找最佳漁場所消耗的航行時間較長，在小范圍作業空間內的高產漁場環境驅動機制更是難以掌握，嚴重影響了船載加工裝備的效率和經濟效益。因此，基于漁業生產數據的漁場特征分析，研究漁船在生產期內持續作業時間長、捕撈產量高且日產量穩定的漁場區域分布和變動情況，制定漁場判別指標，對開展漁場預報和中心漁場現場探查具有重要意義。

我國磷蝦漁業作業漁場主要分布于南極半島周邊水域（以下簡稱48.1亞區）、南奧克尼群島周邊水域（以下簡稱48.2亞區）和南喬治亞島周邊水域（以下簡稱48.3亞區），其中48.1亞區作為重要漁業生產區之一，歷年漁業產量占總產量的比例達32.7%～83.0%［5］。與48.2亞區和48.3亞區的磷蝦漁場相比，48.1亞區漁場的地理環境較復雜，磷蝦資源分布較廣，可選擇的作業區域較多，對該亞區的主要作業區進行中心漁場特性分析具有較強的代表性和指導性。

利用漁船生產數據開展漁場分析是研究漁業資源時空分布特征和漁場預報技術的重要方法之一，單位捕撈努力量漁獲量（catch per unit effort，CPUE）是漁業資源評估重要參數，漁船生產的CPUE指標可以反映資源量豐度變動［6］。李顯森等［7］利用漁船CPUE研究了2012／2013漁季期間磷蝦主要作業區域磷蝦漁場的時空分布特征；張衡等［8］使用GAM分析了磷蝦漁船CPUE的影響因素，發現2010—2014年我國磷蝦漁業主要漁場在南極半島周邊水域，作業時間為2—5月；朱國平和王芮［9］探討了利用CPUE進行磷蝦資源豐度評估的可行性，為更好地開展磷蝦資源評估和豐度估算提供了思路；張衡等［10］結合捕撈數據和衛星遙感反演的海表溫度數據，建立了智利竹筴魚（Trachurusmurphyi）漁場預報系統；趙海龍等［11］結合海表溫度SST和海面高度SSH等環境因素，建立棲息地指數綜合模型進行金槍魚漁場預報，準確性達66%以上；劉慧和朱國平［12］利用Getis-OrdGi*統計法和不規則三角網方法分析了近百年來的環南極海域的磷蝦資源分布熱（冷）點區。然而，上述研究欠缺與生產行為結合的漁場精細劃分，對中心漁場判別指標定義不全面，生產先驗性參考價值較低，中心漁場現場探測指導意義有限。本研究以遼寧遠洋漁業有限公司（以下簡稱遼漁）磷蝦專業生產加工船“福榮海”輪在48.1亞區的日產量、單位捕撈努力量漁獲量、區域內作業總天數和連續作業天數、與船載加工能力相匹配的作業天數等反映漁業生產情況的數據為指標，分析“福榮海”輪在48.1亞區內各主要作業區的特征。結合“福榮海”輪的生產加工能力和預計生產效益，研究漁場精細化分類方法，探討適合磷蝦拖網生產的漁場特征，為未來磷蝦產量指標和資源量評估指標的關系研究奠定基礎，為磷蝦漁業生產提供指導性建議。

1 材料與方法

1.1 數據來源

漁業數據來自“福榮海”輪2012／2013漁季到2018／2019漁季（即2013年1月—2019年5月）國家漁業科學觀察員記錄的漁撈日志。該船長110.75 m，總噸位5 306 t，滿負荷加工鮮蝦能力300 t·d-1，產品倉容1 000 t。該船使用的磷蝦拖網主尺度為195 m（網口周長）×125 m（網長），網囊網目尺寸15 mm。數據包括各網次的日期、拖網時間、拖網距離、作業經緯度、網產量和日產量。

1.2 數據分析方法

1.2.1 主要作業區劃分

依據南極海洋生物資源養護委員會（以下簡稱CCAMLR）所建議的小尺度管理單元（smallerscale management units，以下簡稱SSMU）［14］，結合“福榮海”輪歷年作業位置空間分布，將作業區劃分為斯諾島（Snow Island，以下簡稱SI區）、喬治王島（King George Island，以下簡稱KG區）和布蘭斯菲爾德海峽（Bransfield Strait，以下簡稱BS區），如圖1。

圖1 CCAMLR規定的SSMU區劃（綠色實線）Fig.1 SSMU boundary defined by CCAMLR（green solid line）

1.2.2 生產數據計算

以經向24′、緯向12′空間范圍為統計方格，計算“福榮海”輪在48.1亞區各年度的日產量、單位時間產量和日產量重心，分析漁場的空間分布特征，以確定年際間主要作業區的范圍和區域內重要生產位置的空間分布。

日產量重心以每小時網產量為權重計算加權平均值，其公式為：

式（1）、式（2）中，Xj、Yj分別為第j日產量重心的經度與緯度；Xij、Yij分別為第j日、第i網的放網經度和緯度，m為單日作業的網次數，CPUE_Nij為第j日、第i網次的每小時產量（t·h-1），計算式為：

式（3）中，Catch_Nij為第j日、第i網的網產量（t），tij為第j日、第i網的拖曳時間（h）。

日單位小時產量CPUE_D（t·h-1）計算式為：

式（4）中，Catch_D為日產量（t），T為日總拖曳時間（h）。

式（5）中，CPUE_Dj為第j日的日單位小時網產量（t·h-1），n為總生產日（d）。

各方格內年產量占48.1亞區年產量比例的算式為：

式（6）中，Rk為第k個方格年產量占48.1亞區年產量的比例，Catchk為第k個方格年產量（t），Catchsubarea為亞區內年產量（t）。

1.2.3 主要作業區評價

為評價主要作業區的年際間日產量差異性，在SPSS?（version 21）軟件環境中，使用單因素方差檢驗法（ANOVA）分析各區域內日產量在不同年度的差異性。通過比較各主要作業區在各年度內的日產量變異系數CV，說明各主要作業區在各年度內的日產量穩定性。

1.2.4 連續生產期劃分

本研究將“連續生產期”定義為漁船在不受惡劣天氣、船舶故障和物資及產品轉載等客觀因素作用下，未改變主要作業區的連續全天時生產期。漁船在進入某區域后和離開某區域前通常存在非全天時的生產日，總計≥2d，進入某區域后全天時生產天數以≥1d計算。為區別連續生產期和非連續生產期，定義連續生產期最低天數為3個連續的全天時生產日。

磷蝦漁業中，天氣和船舶故障因素通常不會導致作業位置的大范圍變化，在天氣轉好或故障解除后，仍可保持在原作業區，中斷日期前后可視為同一連續生產期；兩次物資及產品轉載之間如未改變主要作業區，則兩次轉載之間視為完整連續生產期，否則分別視為不同作業區的連續生產期。由于中斷生產的日期內正常作業時間大幅減少，甚至無作業行為，因此不計入連續生產期內，且此期間生產數據不能加入到數據分析中。

1.2.5 亞漁場等級劃分

將某一作業區域內連續生產期的漁場定義為亞漁場。經向遼漁公司咨詢，根據“福榮海”輪的生產加工能力與磷蝦的市場售價，按連續生產期的日均產量將亞漁場分為高產、優質、普通、低產4個等級，高產漁場為日均產量高于滿負荷加工量需求，捕撈量高于250 t；優質漁場為日均產量200～250 t；普通漁場為日均產量150～200 t，日均產品的產值高于生產成本；低產漁場為日均產量低于150 t，日均產品的產值低于生產成本。

2 結果與分析

2.1 作業天數年際空間分布

“福榮海”輪自2012／2013漁季到2018／2019漁季，生產位置主要分布在KG區中部和SI區西南靠近島嶼的區域及BS區的中部區域（圖2）。SI區的作業天數最少，以5 d以內為主，且作業區域相對集中，主要發生在2013年、2014年和2017年；KG區的生產天數較SI區多，2013年、2014年、2016年、2017年和2018年均有漁業生產，主要為5 d以內，但作業區域在各方格中分布較均勻；BS區在各年度中均為作業天數最高的區域，且各年度高作業天數空間分布穩定，主要集中在58°～60°W、63°～64°S范圍內。

圖2 2013—2019年“福榮海”輪在48.1亞區磷蝦漁場作業天數空間分布Fig.2 Annual spatial distribution of fishing days of Furonghai in Subarea 48.1

2.2 年產量的年際空間分布

各年度年產量比例分布顯示（圖3），在SI區和KG區，各方格年產量占年度總產量比例均低于0.1；在BS區內，雖然作業范圍較SI區和KG區更大，但各年度年產量占比最高區域均分布在58°～60°W、63°～64°S之間，其他范圍內的方格占比均低于0.1。

2.3 各區域作業天數和年產量占比年際分布

在48.1亞區，BS區域內的作業天數在各年度均高于KG區和SI區（圖4-a），占年度總作業天數的60.00%～99.97%，KG區占0.03%～21.15%，SI區為0.01%～17.25%。3個作業區年度總產量占比與作業天數占比基本相符（圖4-b），BS區的年度產量占48.1亞區總產量61.76%～98.75%，各年度占比均為最高；KG區占比1.25%～28.68%，SI區占比0.84%～16.67%。

圖4 3個作業區每年作業天數和年產量占48.1亞區每年總作業天數和總產量的比值Fig.4 Annual variations of proportion of fishing days and annual yield by three areas to Subarea 48.1

2.4 日產量時空分布

BS區、KG區和SI區之間的生產存在明顯的月間差異（圖5）。據“福榮海”輪在各主要作業區內的月際間分布，顯示BS區域的生產集中在3—5月，以日產量150 t以下的生產日為主；BS區內2月與6月生產日較少，2月以150～200 t生產日為主，250 t以上的生產日在6月出現頻次最高。KG區域的生產主要在1月，以日產量150 t以下的生產日為主。SI區域內的生產主要在3月份，以150～200 t和200～250 t的生產日為主。

圖5 2013—2019年各等級日產量的生產日在各區域內的月度頻次分布Fig.5 Monthly frequency distribution of fishing days in four catching levels from 2013 to 2019

不同日產量等級的生產日在各年度的空間分布顯示（圖6），除2017年，日產量高于250 t的生產日和200～250 t之間的生產日均主要分布在BS中部較小范圍區域內（63°～64°S、58°～60°W），后者較前者在各年度天數更多，年度總天數均少于10 d。日產量在150～200 t之間的生產日分布范圍較大，各年度分散程度不同，但主要分布在BS中部區域，年度總天數均少于10 d。日產量低于150 t的生產日，在各年度分布范圍與日產量在150～200 t之間的生產日相近，但天數最多。

圖6 2013—2019年各等級日產量時空分布Fig.6 Annual spatial distribution of daily catch in different bins from 2013 to 2019

2.5 日單位小時產量時空分布

各等級日單位小時網產的生產日空間分布顯示（圖7），2013年、2014年、2016年和2018年在BS區中部較小區域內出現CPUE_D高于30 t·h-1的生產日，靠近南極半島一側。CPUE_D介于20～30 t·h-1范圍內的生產日在2013—2018年均有出現，作業位置主要分布在BS區域，其中2013年在SI區、2014年在SI區和KG區亦有出現。CPUE_D介于10～20 t·h-1之間的生產日，在2015年和2019年只分布于BS區，其余年度在各區均有分布，在2015年、2017年和2018年都出現了10日以上的區域。CPUE_D低于10 t·h-1的生產日，在2013—2015年間的生產天數較少，各統計單元均低于5 d，在2016年和2017年，出現較大的分布范圍，2018年和2019年作業范圍和天數再度降低。

圖7 日單位小時產量CPUE_D時空分布Fig.7 Annual spatial distribution of daily-catch-per-hour in different bins

2.6 亞漁場等級年際間區域分布

2013年1月至2019年5月，“福榮海”輪在48.1亞區共完成了70個連續生產期，每個生產期可看作亞漁場。圖8顯示，日均產量在250 t以上的高產級亞漁場僅在2018年的BS區域出現1次，作業天數與漁業產出占2018年總量的比值較小，分別為0.06和0.11。日均產量在200～250 t之間的優質級亞漁場，在2014年最高，共7次，天數占比與產量占比也為歷年最高，分別為0.41和0.58。日均產量在150～200 t之間的普通級亞漁場在2018年和2019年較突出。日均產量在150 t以下的低產區域在各年度均有出現，其中以2017年最高，為12次，作業天數和年產量占也為歷年最高。

圖8 主要作業區不同等級亞漁場出現頻次、天數和年產量占48.1亞區總量的比值Fig.8 Annual variation of frequency，proportion of fishing days and annual yield of BS，KG＆SI to Subarea 48.1

2.7 和日產量年間變化

2013—2019年“福榮海”輪在BS、KG和SI區內的在總體上呈現出逐漸降低的趨勢（圖9）。在BS區域中，2014年達到了25 t·h-1的高值，為各年度最高值，之后整體降低，2017年降低到10 t·h-1，但2018年又升高到15 t·h-1。KG區域和SI區域的年度總體變化與BS區域呈現相同的趨勢，但最高值均出現在2013年。BS區日產量均值年度變化范圍為107.13～218.43 t，年均值95%置信區間下限變化范圍為98.75～207.65 t，上限變化范圍為115.51～229.21 t；2014年 日 產 量 變 異 系 數 最 低，為20.10%，2016年最高為43.00%（表1）。在KG區，日均產量變化范圍91.82～138.63 t，年均值95%置信區間下限變化范圍為13.89～120.95 t，上限變化范圍為110.92～169.95 t；2014年日產量變異系數最低，為32.90%，2013年最高為42.00%（表2）。在SI區，日均產量變化范圍117.52～165.86 t，年均值95%置信區間下限變化范圍為86.83～145.56 t，上限變化范圍為148.20～186.15 t；2013年日產量變異系數最低，為29.60%，2017年最高，為49.00%（表3）。

表1 2013—2019年BS區各年度日產量統計描述Tab.1 Summary statistics of daily catch in BS division from 2013 to 2019

表2 2013—2019年KG區各年度日產量統計描述Tab.2 Summary statistics of daily catch in KG division from 2013 to 2019

表3 2013年、2017年SI區各年度日產量統計描述Tab.3 Summary statistics of daily catch in SI division in 2013＆2017

圖9 BS、KG和SI作業區磷蝦漁場變化趨勢Fig.9 Variation of yearly-mean of daily CPUE in BS，KG＆SI

3 討論

3.1 中心漁場時空分布

已有研究結果表明，48區歷來作為磷蝦漁船的主要作業漁區，其中又以48.1亞區、48.2區和48.3區為主要作業水域［13］。在48.1亞區中，2003年以前的數據記錄顯示主要的作業區域包括南極半島德雷克海峽以西（Antarctic Peninsula Drake Passage West，APDPW）、南極半島德雷克海峽以東（Antarctic Peninsula Drake Passage East，APDPE）和南極半島大象島（Antarctic Peninsula Elephant Island，APEI）（約占48.1亞區80%捕撈量）［14］。本文分析結果表明，自2012年以后，“福榮海”輪每年在BS區產量占該船48.1亞區總產量的比例均達到60%以上，在2015年更是達到了98%以上。限于數據公開權限，本文未呈現其他磷蝦漁船的漁場分布，然而根據來源于CCAMLR的漁船生產數據信息，以“福榮海”輪為代表的中國磷蝦生產船，年產量和產量重心有向BS區域集中的趨勢，KG區和SI區正逐漸淡出我國磷蝦傳統拖網漁船的作業范圍。南極半島周邊水域的磷蝦資源聲學調查結果也表明，其資源分布主要區域在BS區域的中部水域［15］。

3.2 漁場等級評價

各主要作業區的亞漁場漁業產出等級年度分布表明，在BS、KG和SI 3個區域中，BS是“福榮海”輪連續生產期最多的區域（圖8），在漁業產出、生產天數或3個方面占比都最高。BS區漁場變化對48.1亞區的年產量影響最明顯，以較特殊的2017年為例，該船首次遭遇紐鰓樽（Pegeaconfoederata）生物量大幅度升高，因紐鰓樽與磷蝦存在相互競爭關系［16-17］，前者生物量暴發致磷蝦資源量降低，且漁獲中含有大量紐鰓樽，嚴重影響磷蝦產量和產品加工。但是在CCAMLR規定捕撈限額規定下，低產會導致48.1亞區生產期相對延長，在一定程度上保證了2017年的年產量。

從漁場作業范圍分布情況看，BS區的作業方格數明顯高于KG區和SI區，說明“福榮海”輪在此區域內的作業漁場范圍較大。2013年后，BS區內的作業范圍逐漸集中到磷蝦資源量高的海峽中部區域，表明漁業生產可以在一定程度上反映漁業資源的分布情況。BS區較大的作業范圍有利于未來逐漸增加漁船的作業安全。

BS區、KG區和SI區作為“福榮海”輪的3個主要作業區，各區的日產量的CV均屬較高水平，最低為2014年的BS區，為20.10%。BS區作為最為穩定的區域，在2016年的日產量CV值也達到了43.00%，說明區域內的日產量并不穩定，同時也說明本文對高產區域分析研究的重要性。

我國對48.1亞區的磷蝦資源斷面調查始于2009／2010漁季，2012／2013漁季開始使用科學探魚儀對南設德蘭群島周圍海域進行聲學走航斷面調查。歷年的調查數據資料和研究結果可以幫助我國遠洋漁企逐漸加深對48.1亞區磷蝦資源分布特征的認知，即BS區域中部是磷蝦資源重點分布區域。“福榮海”輪自2013／2014漁季即將生產重心轉移到BS區內，在BS區與KG、SI區之間的轉換次數明顯降低，在48.1亞區作業天數越少，BS區占整體產量比例越高，且各年度的漁業生產以BS區中部靠近南極半島一側水域為主（圖2～圖3）。

3.3 漁場選擇

“福榮海”輪是我國唯一一艘自2013年連續完成48.1亞區各個漁季的生產船只，該船可較大程度上代表變水層拖網漁船中心漁場時空分布情況。漁船經營者在總結長期漁業生產經驗的同時，也為我國其他磷蝦生產船提供了指導性的生產建議。由于CCAMLR近年對48.1亞區管理趨于嚴格，在年度配額保持不變的情況下，作業船只數的增加，各漁船作業時間和可捕撈量會相對縮減，致使作業漁船需選擇日均產量穩定的漁場進行生產。48.1亞區內設有眾多海洋特別保護區和海洋特別管理區，喬治王島周圍海域和斯諾島周圍海域由于漁業管理的限制，每年的生產許可日期為3月1日之后，對48.1亞區的漁業產生重要影響。就“福榮海”輪近幾年的生產區域分布而言，3月份以后，布蘭斯菲爾德海峽內是可持續保持穩定產量的中心漁場，尤其在區域中部，可作為我國生產船只的重點關注區域。

作為在48.1亞區各年度的主要作業區，BS區的產量比重總體呈逐年增加的趨勢，其磷蝦資源情況對我國磷蝦漁業的穩定發展有關鍵影響。未來需利用漁船作為平臺，進一步加大對BS區內磷蝦漁業資源變動特征的科學研究，這樣，既可為我國漁船的漁業生產提供科學性指導，同時也可以為CCAMLR所關注的磷蝦及相關海洋生物資源養護提供科研成果支撐，提高我國在磷蝦漁業國際事務中的地位。

致謝：感謝遼寧遠洋漁業有限公司所提供的漁業生產數據和南極磷蝦漁業國家科學觀察員記錄的相關資料。