西北太平洋柔鱼资源综合配置模型及管理策略探讨*

刘金立 陈新军① 李 纲 王从军

(1. 上海海洋大学海洋科学学院 上海 201306; 2. 上海海洋大学图书馆 上海 201306; 3. 国家远洋渔业工程技术研究中心上海 201306; 4. 上海海洋大学大洋渔业可持续开发省部共建教育部重点实验室 上海 201306)

柔鱼(Ommastrephes bartramii)是栖息在大洋的暖水性种类, 广泛分布在西北太平洋海域, 该海域是目前规模性开发柔鱼资源的主要海域, 作业方式以鱿钓为主(王尧耕等, 2005)。1974年日本鱿钓船首先对柔鱼资源进行产业性开发, 我国于1993年开始开发该资源, 之后捕捞规模和作业海域不断扩大, 年产量稳定在6万—10万吨间(Chenet al, 2008), 是我国远洋渔业重要的捕捞对象。国内外学者对西北太平洋柔鱼进行了较深入的研究, 主要包括生物学特性、渔场形成及其开发状况、资源量变动以及渔业资源评估等方面(Yatsuet al, 2000; 王文宇等, 2003; 陈新军等,2003; Ichiiet al, 2004; 樊伟, 2004; Chenet al, 2008;马金等, 2011; 唐峰华等, 2011), 但在柔鱼资源优化配置方面尚无研究。渔业资源开发是一个系统工程,不仅涉及资源数量本身, 而且还包括经济效益、社会就业以及生态影响等, 是一个生态、社会和经济的综合系统。因此, 本研究以渔业资源经济学的理论与方法为基础(Gordonet al, 1954; Clarket al, 1985, 1990;陈新军, 2004; Yagiet al, 2009), 构建基于生态效益、经济效益和社会效益等因素的综合优化配置模型,模拟分析不同管理目标下西北太平洋柔鱼渔业的短期(1—5年)、中期(10年)及长期(20年)的渔业资源、经济利益以及社会效益, 为科学制定西北太平洋柔鱼渔业资源管理策略提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料来源

采用1996—2008年中国大陆鱿钓船在西北太平洋的柔鱼渔业生产统计资料, 包括作业天数、日渔获量、作业船次等, 作业海域为38º—46ºN, 150º—165ºE,由中国远洋渔业协会上海海洋大学鱿钓技术组提供。CPUE为单船每天的渔获量(吨/天×船次), 作业成本数据和柔鱼价格数据以舟山市宁泰远洋渔业有限公司为基准, 近年来每天单船作业成本约为0.6万元,近五年来柔鱼平均价格约为1.0万元/吨。

1.2 分析方法

1.2.1 Schaefer生物模型 根据历年渔获量数据及鱿钓渔业的捕捞努力量来拟合Schaefer生物模型,估算最大可持续产量(MSY)及对应的捕捞努力量fMSY。Schaefer生物模型如下:

式中:Y为渔获产量,f为捕捞努力量,q为可捕系数,r为种群内禀自然增长率,K为环境负载容量(陈新军,2004)。

1.2.2 Gordon-Schaefer生物经济模型 一般Gordon-Schaefer生物经济模型如下:

式中:π为利润, TR为总收入, TC为总成本,p为价格,Y为渔获产量,f为捕捞努力量,c为单船作业成本(Clarket al, 1985; 1990; 陈新军, 2004; Yagiet al,2009)。

由此模型估算出最大经济产量(MEY)和生物经济平衡点(BE)以及对应的捕捞努力量fMEY和fBE, 并求出其相应的产量以及利润(陈新军, 2004)。

1.2.3 社会生物经济综合模型 渔业资源开发是一个复杂的系统工程, 不仅涉及生物资源本身, 还涉及经济利益、社会效益等诸多方面(张广文等, 2010)。因此, 在分析西北太平洋柔鱼资源的优化配置时, 可以综合考虑生态、经济、社会等因素, 分别对捕捞努力量fMSY、fMEY及fBE取不同的权重, 构建社会生物经济优化配置模型。在本研究中, 我们以最大捕捞努力量作为社会效益的目标, 因为此时所能提供的就业人数为最多。令综合捕捞努力量f为:

其中,a、b、c为待定系数, 且a+b+c=1,a、b、c∈[0, 1]。

以捕捞努力量作为西北太平洋柔鱼资源优化配置的管理目标, 分别设定了14种不同的备选方案(表1)。在设定的备选方案中, 方案1、方案2、方案3分别为管理目标MSY、MEY和BE对应的捕捞努力量fMSY、fMEY、fBE; 其它方案的捕捞努力量主要是针对生态效益、经济效益和社会效益等管理目标所占的权重不同进行设定; 例如, 方案4、方案8、方案9及方案10等4种方案只考虑生态效益、经济效益和社会效益中的两种管理目标, 方案5—方案7、方案11—方案14等7种方案综合考虑了生态效益、经济效益和社会效益三种管理目标, 其中方案11是假设各管理目标所占的权重相同, 方案6、方案12是以生态效益为主, 方案7、方案13是以经济效益为主, 方案5、方案14是以社会效益为主。

结合Schaefer资源量动态模型及产量方程, 比较不同备选方案下的短期(1—5年)、中期(10年)和长期(20年)的累计资源量、累计渔获产量以及累计经济效益。

Schaefer资源量动态模型表达如下:

其中:Bt为第t年的资源量,r为种群内禀自然增长率,K为环境负载容量,Ct–1为第t–1年的渔获量(陈新军等, 2011) ; 西北太平洋柔鱼初始资源量B0为1996年的资源量B1996。

根据Ichii等(2006)、曹杰(2010)的研究结果, 柔鱼种群内禀增长率r为1.19, 根据陈新军等(2011)研究结果, 1995年的西北太平洋柔鱼的资源量为25万吨, 其产量为7.3万吨, 结合Schaefer资源量动态模型, 推算1996年资源量B1996为28.74万吨。

2 结果

2.1 MSY、MEY和BE点的产量及其对应的捕捞努力量

根据Schaefer生物模型, 并利用一元线性回归分析方法拟合CPUE和捕捞努力量f的相关关系,其相关性在统计上为显著(R2=0.8742,P＜0.05)(图1),由此估算得到西北太平洋柔鱼的最大可持续产量MSY约为11.83万吨, 对应的捕捞努力量约为4.44万船次。

图1 西北太平洋柔鱼Schaefer模型(图中y为CPUE, x为捕捞努力量)Fig.1 The Schaefer Model of Ommastrephes bartramii in the Northwestern Pacific Ocean

根据Gordon-Schaefer生物经济模型估算, 柔鱼最大经济产量MEY和生物经济平衡点BE的产量分别为11.67万吨和4.73万吨, 所对应的捕捞努力量分别为3.94万船次和7.88万船次(图2)。

图2 西北太平洋柔鱼Gordon-schaefer生物经济模型Fig.2 The Gordon-Schaefer Bio-economic Model of Ommastrephes bartramii in the Northwestern Pacific Ocean

2.2 不同管理目标下柔鱼资源变化

根据设定的备选方案, 得出不同权重下各备选方案的捕捞努力量(表1), 模拟出各方案下西北太平洋柔鱼的短期、中期及长期的资源量变化情况。

根据拟定的备选方案, 模拟了20年内资源量的变化情况(图3, 图4)。以方案2、方案8及方案1开发柔鱼资源, 20年内其资源量维持在20万吨以上, 年渔获产量可达到11.67万—11.83万吨间。其中, 方案2柔鱼的资源量在22万吨左右, 即以最大经济产量(MEY)为管理目标时的资源量; 方案8的资源量在21万吨左右, 即以MSY和MEY各占50%权重为管理目标时的资源量; 方案1的资源量在20万吨左右, 即以MSY为管理目标时的柔鱼渔业资源量。以方案7开发柔鱼资源, 20年内其资源量维持在 19万吨左右;方案11、方案12、方案13及方案6开发柔鱼资源, 20年内其资源量维持在15万—17万吨; 以方案9、方案14及方案10开发柔鱼资源, 20年内其资源量维持在12万—13万吨, 这三种开发方案均为以社会效益(BE)所占的权重较大(占1/2比重); 以方案4及方案5开发柔鱼资源, 20年内其资源量维持在10万吨左右,这两种开发方案也是以社会效益(BE)所占的权重较大(占2/3比重); 以方案3开发柔鱼资源, 20年内其资源量持续减少, 维持在5万吨左右, 即完全以社会效益(BE)为管理目标时的资源量。

表1 不同备选方案及其捕捞努力量Tab.1 The fishing efforts of Ommastrephes bartramii in different scenarios

图3 不同备选方案下20年内柔鱼资源量的变动Fig.3 The stock biomass variation of Ommastrephes bartramii under different alternative management programs

图4 不同备选方案下柔鱼的短期、中期和长期的累计资源量Fig.4 The accumulative stock biomass of Ommastrephes bartramii in short-, medium-, and long-term in different management scenarios

从累计资源量来看(图5), 无论是短期、中期, 还是长期, 柔鱼的累计资源量B均为B方案2＞B方案8＞B方案1＞B方案7＞B方案6＞B方案13＞B方案12＞B方案11＞B方案10＞B方案14＞B方案9＞B方案4＞B方案5＞B方案3。

图5 不同备选方案下柔鱼渔业的短期、中期和长期的累计渔获量Fig.5 The accumulative catches of Ommastrephes bartramii fishery in short-, medium-, and long-term in different management scenarios

2.3 不同管理目标下柔鱼渔业的累计产量及利润比较

从短期累计产量(前5年)来看, 以方案3(BE为管理目标)开发柔鱼资源的累计渔获产量最低(为58.74万吨),方案2(以MEY为管理目标)、方案8略低, 累计渔获产量分别为63.13万吨、64.76万吨; 以其余各方案开发柔鱼资源时, 其累计渔获产量在66.10万—68.80万吨间, 且累计产量差异不明显。其中, 以备选方案11(MSY、MEY及BE各占1/3权重)所获得的累计渔获产量为最高(68.80万吨)(图5)。从中期累计产量(10年)来看, 以方案3(BE为管理目标)开发柔鱼资源的累计渔获产量最低(86.70万吨); 以方案5和方案4开发时, 其累计渔获产量分别为112.1万吨、113.4万吨;以方案9、14、2、10、8等开发时, 其累计渔获量在118.96万—123.73万吨, 且累计产量差异不明显; 以方案11、1、12、7、13、6等开发时, 其累计渔获产量在125.21万—126.45万吨间, 且累计产量差异不明显, 其中, 以备选方案6所获得的累计渔获产量为最高(126.45万吨)(图5)。从长期累计产量(20年)来看,以方案3(BE为管理目标)开发柔鱼资源的累计渔获产量最低(136.73万吨); 以方案5和方案4开发时, 其累计渔获产量分别为201.26万吨、204.71万吨; 以方案9、14、10开发时, 其累计渔获量在219.56万—227万吨间; 以方案11、2、12、8、13、6、1、7等开发时, 其累计渔获产量在237.75万—244.09万吨间, 且累计产量差异不明显, 其中, 以备选方案7(以MEY占2/3比重为管理目标)所获得的累计渔获产量为最高(为244.09万吨), 以备选方案1(以MSY为管理目标)所获得的累计渔获产量次之(243.55万吨) (图5)。

从短期累计利润(前5年)来看, 以方案6开发柔鱼资源获得的累计利润最大(53.17亿元), 其次为方案13(53.11亿元); 以方案3(BE为管理目标)开发柔鱼资源时获得的累计利润最小(35.10亿元); 以方案7、方案5及方案4开发时, 其累计利润在43.5亿—47.25亿元间; 以其它各方案开发时, 其累计利润在49.71亿—53.11亿元间, 且累计利润差异不明显。短期累计利润分布:π方案6＞π方案13＞π方案12＞π方案1＞π方案11＞π方案8＞π方案2＞π方案10＞π方案14＞π方案9＞π方案4＞π方案5＞π方案7＞π方案3。在中期(10年)和长期(20年)累计利润中, 均以方案8开发柔鱼资源时获得的累计利润最大, 分别为98.63亿元、191.36亿元, 以方案3开发柔鱼资源时获得的累计利润最小, 分别为39.42亿元、42.18亿元;柔鱼渔业中长期的累计利润分布:π方案8＞π方案2＞π方案1＞π方案6＞π方案13＞π方案12＞π方案11＞π方案10＞π方案14＞π方案7＞π方案9＞π方案4＞π方案5＞π方案3(图6)。

3 讨论与分析

3.1 柔鱼资源开发现状分析

图6 不同备选方案下柔鱼渔业的短期、中期和长期的累计利润Fig.6 The accumulative profits of Ommastrephes bartramii fishery in short, medium and long-term in different management scenarios

我国是世界头足类的重要生产国(王尧耕等,2005), 并于1993年开始开发西北太平洋柔鱼资源,作业方式主要以鱿钓为主, 是目前捕捞柔鱼最主要的国家和地区之一(Chenet al, 2008)。根据我国1996—2008年13年间在西北太平洋海域鱿钓作业的统计数据来看, 柔鱼年产量基本上稳定在8万—12万吨,年均产量约为10万吨, 1999年渔获产量最高约为13.2万吨, 其次为2000年渔获产量为约为12.4万吨,对应的捕捞努力量分别为6.46万船次和5.28万船次,2001—2008年柔鱼年渔获量稳定在8万—11万吨间,捕捞努力量在2.4万—4.5万船次间。本研究应用Gordon-Schaefer生物经济模型估算得到的柔鱼渔业的MSY为11.83万吨、MEY为11.67万吨, 相应的捕捞努力量fMSY、fMEY分别为4.44万船次、3.94万船次。本研究估算得出柔鱼渔业的MSY值与前人的研究结果(村田守et al, 1982; Osakoet al, 1983; 陈新军等,2008)存在一定的差距, 其误差可能来自于不同模型的选择以及模型参数r、K等的设置。由于柔鱼是短生命周期种类, 其资源量极易受到海洋环境因子波动的影响(Yatsuet al, 2000; Rodhouse, 2001; 邵全琴等, 2005; 陈新军等, 2009; 曹杰等, 2010), 导致柔鱼的年产量也会随之波动。结合历年我国大陆鱿钓船在西北太平洋海域的渔获产量及其变化情况(陈新军等,2011), 可以判断该资源已处于充分利用状态, 但尚未遭受过度捕捞, 该研究结果与陈新军等(2008)和曹杰等(2010)的研究结果一致。

3.2 柔鱼渔业资源量状况模拟分析

根据设定的社会生物经济模型, 结合不同的备选方案开发西北太平洋柔鱼资源, 模拟了20年内柔鱼渔业资源量的变化, 各方案下, 柔鱼资源量在前5年内明显下降, 之后趋于稳定并维持在一定的资源量水平上。研究认为方案2、方案8和方案1下的柔鱼资源量均维持在20万吨以上, 其中, 方案2(以MEY为管理目标)的柔鱼资源量最大, 方案8(以MSY、MEY各占50%权重为管理目标)的资源量次之,方案1(以MSY为管理目标)的时资源量更次之; 柔鱼资源量处于第二阶梯的是以方案7开发时, 其20年内其资源量维持在19万吨左右; 柔鱼资源量处于第三阶梯的是方案11、方案12、方案13及方案6, 这四种方案均综合考虑了MSY、MEY及BE等管理目标, 且BE(社会效益)占的权重略低(≤30%); 柔鱼资源量处于第四阶梯的是方案10、方案14及方案9, 这三种方案BE(社会效益)所占的权重较大(占50%); 柔鱼资源量处于第五阶梯的是方案4和方案5, 这三种方案BE(社会效益)所占的权重更大(占2/3); 柔鱼资源量最低的是方案3(以BE为管理目标)。因此, 通过上述分析, 可以选择方案2(以MEY为管理目标)或者方案8(以MSY、MEY各占50%权重为管理目标)来开发柔鱼资源, 此时该渔业年渔获产量可达11万吨左右, 资源量保持在22万吨左右, 可确保柔鱼资源的可持续开发。

3.3 最适备选方案的选择

以不同备选方案开发西北太平洋柔鱼资源, 其累计渔获产量和累计利润在短期过程中差异不明显,但在中长期开发过程中差异较为明显。这些差异主要来源于不同备选方案中捕捞努力量的设置, 即生态效益、经济效益、社会效益等因素所占权重不同。通过比较可知, 方案6的短期经济利益最大, 方案3的短期经济利益最小; 方案8(以MSY、MEY各占50%权重为管理目标)和方案2(以MEY为管理目标)的中长期经济效益为最大, 其累计利润远远高于方案3(以BE为管理目标)的累计利润, 且柔鱼资源状况保持最好, 但社会就业率较低; 相反, 方案3的短期社会效益较大, 且可以解决大量的社会就业问题, 但其长期经济效益却最低, 且资源状况最差(远小于BMSY),不利于柔鱼渔业的可持续发展; 其它方案的经济利益和社会效益则都介于方案8、方案2与方案3之间。由此可知, 要获取更多的就业机会(提供更多的捕捞努力量), 就需要牺牲经济利益和渔业资源为代价,随着时间的推移, 其累计的长期经济利益是最低的。

综合考虑生态效益、经济利益和社会效益等方面,备选方案6、方案13、方案12及方案11的综合效益较好, 获得的长期累计利润中等, 但这些方案投入到渔业中的捕捞努力量远远超过fMSY(4.44万船次), 柔鱼资源将会遭受过度捕捞, 可能会导致资源崩溃的危险。因此, 这些方案均不适合用来开发柔鱼资源。综上所述, 综合考虑各方面因素的影响, 最佳的备选方案为方案8和方案2, 即投入到柔鱼渔业中的适宜捕捞努力量应控制在3.94万—4.19万船次, 可以确保柔鱼资源量稳定在BMSY以上, 从而达到可持续利用西北太平洋柔鱼资源的目的。

由于Gordon-Schaefer生物经济模型主要是应用于单一种群的生物经济模型, 没有考虑环境变化对渔业资源的影响、鱼类的生物学特性、捕捞成本以及渔获价格变动等的影响, 同时, 该模型估算出的MSY、MEY及BE也可能与渔业的实际情况存在一定偏差。今后的研究中, 需要结合种群间的竞争关系、捕食与被捕食关系, 以及环境因子对西北太平洋柔鱼资源的影响, 结合资源评估中的不确定性, 系统开展基于生态和环境因素的西北太平洋柔鱼生物经济学模型及其资源优化配置的研究, 为柔鱼资源的可持续开发利用提供科学依据。

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