基于声学方法的2019年夏季南海中南部重要中上层经济鱼类资源评估

侯宇伟，刘世刚，李 渊，宋普庆，陈宗正，林龙山，张 静

（1.集美大学水产学院，福建厦门 361021；2.自然资源部第三海洋研究所，福建厦门 361005）

南海是处于东亚热带及亚热带的陆缘海，总面积多达350万km2，物种繁多，资源丰富，是世界上海洋生物多样性最高的海域之一［1］。20世纪90年代以来，南海北部近海的渔业资源已经呈现明显衰减的趋势，大批近海捕捞压力开始向外海转移［2］。据调查显示，南海中南部蕴藏着较多的渔业资源［3］。其中，就鱼类而言，黄鳍金枪鱼（Thunnus albacares）、鲣（Katsuwonus pelamis）、双鳍舵鲣（Auxis rochei）、长体圆鲹（Decapterus macrosoma）、脂眼凹肩鲹（Selar crumenophthalmus）的资源量尤为丰富，有着较大的开发潜力［3］。因此，这些渔业资源的准确评估，对于指导渔业生产和管理有着重大意义［4］。

近几十年来，渔业声学作为渔业资源评估的方法逐渐兴起。渔业声学具有快捷、高效、取样率大、调查时间短、不破坏生物资源、提供的时空数据丰富等优点，适合对中上层生物资源进行调查，目前已在国际上得到广泛认可［5-10］。我国于1984年引入声学评估法，经过30多年的发展，声学评估法已经广泛应用于海洋生物资源的调查和评估中，成为我国渔业资源调查和评估的重要方法之一。随着声学理论的不断发展和成熟，鱼探仪性能不断提升，图像处理技术的逐步完善，声学评估的灵活性和准确性正不断提高，在渔业资源评估中的地位不断提升［11-13］。

对于南海资源量的开发，主要集中在南海北部近海，但是此区域渔业资源因过度利用而严重衰退，亟须降低捕捞强度［1-2，10，14-15］。相比之下，南海远海资源调查评估工作还比较薄弱，张立等［3］于2012年对南海中南部的主要经济鱼类鸢尾贼、鲹科、鲭科、金枪鱼属等鱼类进行了分析，其资源量相比于之前的研究相对稳定，仍处于可持续开发状态。但近年来，由于捕捞压力的增大，南海外海的渔业资源出现了一定程度的衰退［16-17］。因此，有必要对南海的渔业资源进行进一步研究。

本文利用2019年6—7月渔业声学的调查数据，结合灯光罩网生物采样数据，对南海中南部海域5种主要经济鱼类黄鳍金枪鱼、鲣、双鳍舵鲣、长体圆鲹、脂眼凹肩鲹进行了资源评估并阐明其主要分布区域。旨为南海中南部海域渔业的资源开发和利用提供有效参考。

1 材料与方法

1.1 调查海域、调查船及调查方式

2019年6—7月在南海中南部海域进行了走航式声学调查，并设置了42个站位的灯光罩网生物学采样，调查区域范围为5°30′～16°00′N、109°00′～117°30′E（图1）。本次调查使用“桂北渔80208”和“桂北渔68209”两艘灯光罩网渔船，分别记为船1、船2。两艘渔船各项参数一致，总吨位均为416 t，钢质，船长39.02 m，型宽7.2 m，型深4.1 m，撑杆舷外有效长度36 m，主机2台，每台功率201.0 kW。船上配460盏金属卤化物集鱼灯（每盏集鱼灯功率1 kW），作业时打开230盏。网具沉子纲长为280 m，网衣拉直高度60 m，网衣网目25～36 mm。

1.2 样品采集及分析

生物样品采样在夜间进行，每站采集一网渔获物，先开灯集鱼2 h，之后下网捕捞。起网，起网后渔获物在甲板上，先按种类比例随机取样，将所有取样渔获物进行分类和计数，测量并记录所有取样渔获物的体长（叉长）和体质量进行测量，并记录数据，样品采集按照《海洋调查规范第6部分：海洋生物调查》（GB／T12763.6-2007）执行。

1.3 声学数据的收集及分析

渔业声学数据采集采用便携式声学鱼探仪Simrad EK80～120kHz进行，并外接GPS记录位置信息。鱼探仪的主要参数设置如表1所示。调查过程中，通过钢架将声学仪器固定于渔船船舷中部。为了使声学调查原始数据更加准确有效，使用前用标准球对于两台声学仪器进行了校正［18］。

表1 EK80换能器参数设置Tab.1 Main settings of EK80 transducer

声学数据的处理和分析主要借助声学处理软件Echoview（version7.1）进行，利用回波积分法对渔业资源密度进行估算，对于现场采集到的声学数据进行回放，将海表层航行气泡、虚假海底、浮游生物和机器干扰信号进行噪声剔除［19-22］。将基本积分航程单元设置为5 n mile，并重新设置积分起始区域和终止区域。本次调查是由两艘渔船相互配合进行作业，虽然最大程度地保证了任务的完成，但难免会出现部分航线的缺失；本研究中将每20 n mile的声学数据，作为一个声学评估站位，根据最近生物采样站位的渔获比例，进行声学积分值的分配，这样能够对数据进行充分挖掘，更直观准确地评估南海中南部的资源量。调查中为了排除表层航行噪声的影响，数据积分的起始水层设置为10 m，同时综合考虑主要渔获物的栖息水深和声学数据的质量，将数据积分的下限设置为200 m。由于调查区域存在浮游生物，需要设置合适的积分阈值来屏蔽浮游生物等弱散射物，经实验，将积分阈值设置在-80 dB，这样既能接收有效回声信号，又可屏蔽浮游动物的干扰［19-22］。鱼类的目标强度（TS）由目标强度与鱼类体长的经验换算公式TS＝20lgL+b20计算，其中L为鱼类的体长（cm），b20为以鱼类体长（cm）平方为基准的目标强度。本次调查b20主要借鉴国内外相关研究结果，声学评估种类的b20见表2［23-27］。

表2 声学评估种类的b20Tab.2 Value of b20 for acoustic estimation species

调查区域内所参与评估的种类数量密度（ρa，尾·n mile-2）和资源量密度（ρb，t·n mile-2）分别为［15，18］：

式（1）～式（3）中，ci为评估种类中第i种鱼类占总渔获物的百分比；NASC为参与积分值分配的生物种类的总积分值（nautical area scattering coefficient），单位为m2·n mile-2；为参与评估范围内所有种类的平均后向散射截面（mean backscattering cross-section），单位为m2；wi为第i种评估种类的平均体质量，单位为g；TSi为第i种参与评估种类的声学目标强度（dB）；j是所有参与评估种类的数量。为了分析资源量分布的纬度变化，研究中根据各声学评估站位所在纬度，将所有站点分成了9个断面，并统计了各个断面的资源量。

2 结果与分析

2.1 评估种类生物学数据分析

在本次调查的渔获种类中，头足类占绝对优势，其重量渔获率占总重量渔获率的76.29%，鱼类占23.71%。本次声学评估目标为鱼类，评估的5种重要经济鱼类黄鳍金枪鱼、鲣、双鳍舵鲣、长体圆鲹和脂眼凹肩鲹分别占鱼类总重量渔获率的 15.39%、13.08%、21.46%、6.71%、13.76%，其基本生物信息如表3所示。生物学测定结果显示：黄鳍金枪鱼的体长范围为37～276 mm，平均体长为148.71 mm，体质量范围为1.2～469.6 g，平均体质量为93.15 g；鲣的体长范围为46～479 mm，平均体长为155.23 mm，体质量范围为46～479 g，平均体质量为97.08 g；双鳍舵鲣的体长范围为62～314 mm，平均体长为174.10 mm，体质量范围为4.0～657.6 g，平均体质量为109.59 g；长体圆鲹的体长范围为20～246 mm，平均体长为154.78 mm，体质量范围为4.0～657.6 g平均体质量为80.69 g；脂眼凹肩鲹的体长范围为30～206 mm，平均体长为95.86 mm，体质量范围为0.8～131.7 g，平均体质量为19.31 g。

表3 声学评估种类的生物学信息Tab.3 Biological information of acoustic estimation species

2.2 声学评估结果

2.2.1 黄鳍金枪鱼资源量及其分布

灯光罩网的渔获物数据显示，42个调查站位中，黄鳍金枪鱼出现在30个站位，其出现频率为71.43%，这说明黄鳍金枪鱼在南海中南部海域中分布较为广泛。声学评估的结果显示，2019年夏季黄鳍金枪鱼资源量丰度为3.78×109尾，生物量为2.81×104t，黄鳍金枪鱼各断面的资源丰度和资源量分布状况如表4所示。最高生物量密度位于S2站位附近海域（图2），最高达到1.85×104kg·n mile-2，渔场主要分布在14°00′～16°00′N、109°00′～112°00′E和8°00′～10°00′N、109°00′～112°00′E海域。

图2 2019年夏季黄鳍金枪鱼资源量密度（左）和丰度（右）分布Fig.2 Biomass density distribution（left）and abundance density distribution（right）of Thunnus albacares in the summer of 2019

2.2.2 鲣资源量及其分布

在42个调查站位中，鲣出现在26个站位，其出现比例为61.90%。声学评估结果显示，2019年夏季南海鲣资源量丰度和生物量分别为2.39×109尾和3.77×104t，鲣各断面的资源丰度和资源量分布状况如表5所示，鲣最高生物量密度位于S2站位附近海域（图3），最高达到2.61×103kg·n mile-2，渔场主要分布在14°00′～16°00′N、110°00′～113°00′E和7°00′～9°00′N、109°00′～111°00′E的海域。

图3 2019年夏季鲣资源量密度（左）和丰度（右）分布Fig.3 Biomass density distribution（left）and abundance density distribution（right）of Katsuwonus pelamis in the summer of 2019

表5 各断面鲣资源丰度和资源量Tab.5 Abundance and biomass of Katsuwonus pelamisin in each transect

2.2.3 双鳍舵鲣资源量及其分布

42个调查站位中，双鳍舵鲣出现在13个站位，其出现的频率为30.95%。声学评估的结果显示，2019年南海中南部双鳍舵鲣资源丰度和生物量分别为8.95×108尾和8.71×104t，双鳍舵鲣各断面的资源丰度和资源量分布状况如表4所示。最高生物量密度位于S2站位附近海域（图4），最高达到5.40×103kg·n mile-2，渔场主要分布在14°00′～16°00′N、109°00′～112°00′E的海域。

图4 2019年夏季双鳍舵鲣资源量密度（左）和丰度（右）分布Fig.4 Biomass density distribution（left）and abundance density distribution（right）of Auxis rochei in the summer of 2019

表4 各断面黄鳍金枪鱼资源丰度和资源量Tab.4 Abundance and biomass of Thunnus albacares in each transect

2.2.4 长体圆鲹资源量及其分布

42个调查站位中，长体圆鲹出现在33个调查站位，其出现频率为78.57%，这说明长体圆鲹在南海中南部分布较为广泛。声学评估的结果显示，2019年夏季南海中南部长体圆鲹资源量丰度为4.95×108尾，生物量为5.73×104t，长体圆鲹各断面的资源丰度和资源量分布状况如表5所示。长体圆鲹最高生物量密度位于S4B站位附近海域（图5），最高达到3.97×103kg·n mile-2，渔场主要分布在14°00′～16°00′N、109°00′～117°30′E 和 9°00′～10°00′N、109°00′～118°00′E的海域。

图5 2019年夏季长体圆鲹资源量密度（左）和丰度（右）分布Fig.5 Biomass density distribution（left）and abundance density distribution（right）of Decapterus macrosoma in the summer of 2019

表7 各断面长体圆鲹资源丰度和资源量Tab.7 Abundance and biomass of Decapterus macrosoma in each transect

2.2.5 脂眼凹肩鲹资源量及其分布

42个调查站位中，脂眼凹肩鲹出现在36个站位，其出现频率为85.71%，这说明脂眼凹肩鲹在南海中南部海域分布较为广泛。声学评估的结果显示，脂眼凹肩鲹在夏季的资源丰度和生物量分别1.55×109尾和2.66×104t，脂眼凹肩鲹各断面的资源丰度和资源量分布状况如表6所示。脂眼凹肩鲹最高生物量密度位于S39站位附近（图6），达到8.50×102kg·n mile-2。夏季脂眼凹肩鲹的渔场主要分布在8°00′～11°30′N、109°00°～114°00′E的海域。

表6 各断面双鳍舵鲣资源丰度和资源量Tab.6 Abundance and biomass of Auxis rochei in each transect

图6 2019年夏季脂眼凹肩鲹资源量密度（左）和丰度（右）分布Fig.6 Biomass density distribution（left）and abundance density distribution（right）of Selar crumenophthalmus in the summer of 2019

3 讨论

3.1 南海中南部重要鱼类资源数量的分布变化与分析

此次南海调查中鸢乌贼（Symplectoteuthis oualaniensis）为绝对优势种，声学评估5种重要经济鱼类黄鳍金枪鱼、鲣、双鳍舵鲣、长体圆鲹、脂眼凹肩鲹是除鸢乌贼外优势度排在前5的种类。从本次评估的5种重要经济鱼类的整体分布来看，在14°00′～16°00′N纬度范围内5种鱼类分布最为密集，是较好的渔场。

南海中南部的优势种主要包括鸢乌贼、扁舵鲣、双鳍舵鲣等鲣类、鲹科鱼类以及黄鳍金枪鱼等［3，10，28-31］。本次调查中，就金枪鱼类而言，黄鳍金枪鱼的资源量明显低于张立等［3］在2012年（1.78×105t）和2013年（2.44×105t）的调查结果，扁舵鲣（Auxis thazard）更是退出了优势种的行列。虽然本次的评估季节为夏季，与之前的调查季节不同，但所评估资源量的巨大减少，说明南海黄鳍金枪鱼和鲣资源可能已经衰退。对于鲹科鱼类而言，张俊等［32］认为细鳞圆鲹（Decapterus macarellus）是南海外海最重要的经济鲹科鱼类，然而在本次调查中细鳞圆鲹渔获量较少，主要为长体圆鲹和脂眼凹肩鲹。晏磊等［30］分析2011年南海中南部春季灯光罩网渔获物时，发现长体圆鲹是资源量最多的鲹科鱼类，本文的评估结果与其相符。张立等［3］对于2012年秋季和2013年春季南海中南部的资源评估得到鲹科的资源量分别为1.78×105t和2.44×105t，本文得出的长体圆鲹和脂眼凹肩鲹总量的结果低于张立等［3］对鲹科鱼类的评估结果。一方面可能是由于张立等［3］的评估中除脂眼凹肩鲹和长体圆鲹外还有其他鲹科鱼类，另一方面本文评估的季节也与其不同，因此两次评估结果的差异在合理资源波动范围之内。鲹科鱼类仍有一定的产量，可以继续保持合理的开发。相比于金枪鱼类，鲹科鱼类资源量变动较小，可能是由于除灯光罩网船外，南海还有一些延绳钓渔船，其主要捕捞对象为金枪鱼类，鲹科鱼类受到的捕捞压力较金枪鱼类小［33］。同时一些研究已经显示，短生命周期的鱼类的资源变动相比于捕捞更会受到气候和环境变化的影响，鲹科鱼类的生命周期较短，其资源量的变动受捕捞的影响较小［34-36］。

表8 各断面脂眼凹肩鲹资源丰度和生物量Tab.8 Abundance and biomass of Selar crumenophthalmus in each transect

对比往年的调查研究结果，本次调查中，南海的资源量和资源结构已经发生一些变化［3，10，37-38］。经济鱼类资源量出现了一定程度的衰减，并呈现出小型化、低龄化等现象［31］。应适当加强对于南海经济鱼类资源的管理，采取一定措施限制捕捞强度，以防止海洋资源的进一步衰退，以使南海渔业资源的可持续开发利用［10，30］。

3.2 渔业资源声学评估结果准确性的探讨

本次航次中采用灯光罩网的方式获得渔获物，由于不同种类、不同年龄的鱼类对于灯光的趋光性不尽相同，获得的渔获物具有一定的选择性，但对于远洋资源调查而言，灯光罩网渔获量稳定，渔获范围广，能够诱捕多种中上层鱼类，是目前应用范围最广、最有效的远洋渔业资源调查方式［39-41］。如何对灯光罩网的数据进行一定程度的矫正，进而参与积分值分配，从而得到更为准确的渔获物数据，需要在今后的实践中进行尝试。

本研究为单个航次的评估和研究，研究的水深范围和时间尺度都存在了一定的局限性，对于高度洄游性鱼种（如黄鳍金枪鱼）资源量的评估，可能不能够准确地反映其在南海的真实资源量和分布状况，且受采样方法的限制，本次捕获的黄鳍金枪鱼均为幼鱼。因此，在未来的研究中应考虑结合延绳钓采样，分析更深水层的声学映像，并增加不同季节的调查，以更好、更真实的评估其资源状况。声学目标强度TS在声学评估中是一个重要的因素，其准确度直接决定了资源量评估的准确性，因此对于声学目标强度值的研究也是非常重要的［42-44］。本文的TS值是根据目标强度-体长经验公式计算得出，b20值主要是通过借鉴国内外相关研究结果，但同一种鱼的b20值也可能受到海区环境、鱼类年龄及声学设备等的影响，其测得的结果有所不同，因此想要更加准确地评估资源量，还需要加强对鱼类目标强度的测量［45］。