剩余产量模型评估南海北部鲔资源

吴永烈，罗进辉，陈文洋，冯 波，2，3*

（1.广东海洋大学水产学院，广东湛江 524088；2.南方海洋科学与工程广东省实验室（湛江），广东湛江 524025；3.广东省南海深远海渔业管理与捕捞工程技术研究中心，广东湛江 524088）

2022年11月，农业农村部发布《关于加强水生生物资源养护的指导意见》（农渔发〔2022〕23号）［1］，指出要严格落实海洋渔业资源总量管理制度，要积极推进分品种、分区域捕捞限额管理试点，优化捕捞生产作业方式，科学实施减船转产。当前南海只有少数种类被纳入限额捕捞管理试点，例如，白贝（Monetaria moneta）及梭子蟹（Portunusspp.）［2］，然而南海的大多数渔业种类资源量仍未得到精细的评估。鲔（Euthynnus affinis）是南海北部主要的中上层渔获种类，在生态系统中的地位十分重要［3］。鲔在南海北部各渔场都有分布，尤其出现在海南岛以东海域，如大洲岛至三亚一带的拖钓渔场，万宁南荣海面的刺网渔场以及七洲列岛的扛罾网渔场。渔汛时，流网渔船每夜可捕捞渔获150～200 kg，扛罾网遇到鱼群时一网则可捕捞1 t左右［4］。鲔在南海北部的马鲛流刺网渔获物中出现的概率达到66.67%～80.00%，占渔获量的2.66%～23.20%［5］；其在南海北部深海区灯光罩网渔获物中出现的概率为15%，占渔获量的0.01% ～3.57%［6］；鲔也是灯光围网的主要渔获种类之一，其质量占比在6.61% ～9.84%［7］。然而，由于历史上留下的产量统计数据很少［4］，很难对其资源利用状况作出评价。2008年以来，广东海洋大学开展了长期的渔港抽样调查，获得了丰富的渔业生产数据，已成功地评估了海鳗（Muraenesox cinereus）、金线鱼（Nemipterus virgatus）、黄鳍马面鲀（Thamnaconus hypargyreus）、羽鳃鲐（Rastrelliger kanagurta）和眼镜鱼（Menemaculata）的资源利用状况［8－12］。本研究将继续利用该数据，运用剩余产量模型评估南海北部鲔资源的利用状况，为该海域的捕捞限额政策制定提供参考依据。

1 材料与方法

本研究数据来源于2008—2020年南海北部捕捞生产渔港抽样调查统计资料。渔港抽样调查首先对不同作业方式的渔船按功率段分层抽样确定满足统计要求的调查样本船数，功率段划分按陶雅晋等［13］的描述，然后分季节赴南海北部的海门、甲子、沙扒、闸坡、博贺、海尾、陵水、涯城、潭门、清澜、草潭、企水、侨港、钦州和企沙等渔港搜集不同作业方式各功率段抽样船的生产数据，调查的数据包括样本渔船的作业方式、主机功率、作业海区、作业天数、主要渔获品种的产量。本研究整理出了2008—2020年鲔年产量时间序列和12个鲔单位捕捞努力量渔获量（catch per unit effort，CPUE）时间序列，这12个CPUE时间序列（代码A－L）分别属于围网、罩网和刺网3种作业方式。罩网的CPUE时间序列数据起始年份是2012年。12个不同作业方式与功率段的鲔产量占到了鲔总产量的95.55%（表1），代码M的时间序列数据不完整，无法用于剩余产量模型分析。

表1 不同作业方式与功率段代码Tab.1 Code of different fishing methods and main powers

某作业方式与功率段t年的CPUEt计算公式如下：

式（1）中，Ct表示某作业方式与功率段t年的渔获量；MPt表示该作业方式与功率段t年的主机功率投入数；Dt表示该作业方式与功率段t年的作业天数；t＝2008，2009，…，2020。

某作业方式与功率段的产量占比Pi计算公式如下：

式（2）中，Cj表示任一作业方式与功率段j年的渔获量，j＝2008，2009，…，2020。

1.2 模型方法

剩余产量模型也称资源动态模型［14］，有一定年限的捕捞努力量和渔获量数据即可使用此模型分析。本研究采用R语言包TropFishR的2个函数prod-mod和prod-mod-ts［15］。这2个函数内置了Schaefer模型和Fox模型。其中，prod-mod函数是假设在平衡状态下，将模型公式转化成线性表达式，以产量和捕捞努力量时间序列拟合的方式估算剩余产量模型参数；而prod-mod-ts函数则是以非线性最小二乘法拟合时间序列数据估算非平衡状态下剩余产量模型的参数。时间序列数据的构成是年份、每年渔获产量、捕捞努力量或者CPUE。平衡状态下拟合的模型是平衡产量模型，其输出参数有最大可持续产量（maximum sustainable yield，MSY）、达到MSY时的捕捞努力量EMSY；非平衡状态下拟合的模型是非平衡产量模型，其输出参数增加了内禀增长率r、可捕系数q、初始资源量K、达到MSY时的资源量BMSY、达到MSY时资源量的捕捞死亡系数FMSY。由于prod-mod和prod-mod-ts函数拟合时未能输出拟合优度，可将模型计算的MSY值与现实最高产量对比，判断其合理性，然后对其取舍。因为Schaefer模型和Fox模型拟合出的捕捞努力量-产量曲线都是拱形的，其顶点就是MSY。理想的拟合结果是捕捞努力量-产量曲线的顶点应在现实最高产量落点的下方。若MSY远远超过现实最高产量，表明拟合结果偏离实际较大，MSY不具现实意义，因为现实无法达到该产量，并且该MSY被严重高估，若用此数值指导生产，会造成管理失败［16］。

根据2020年的捕捞努力量与EMSY的比值（E2020／EMSY）以及2020年渔获产量与MSY的比值（C2020／MSY），再结合Kobe图［8－10］判断当前资源状况。考虑到部分作业方式与功率段的CPUE数据会因剩余产量模型拟合失败，无法估算MSY，故总允许捕捞量（total allowable catch，TAC）按式（3）进行推算：

式（3）中，Pi表示i种作业方式与功率段的产量所占比例，见表1。式（4）中，TACi表示i种作业方式与功率段的总可捕量，MSYi表示由i种作业方式与功率段的CPUE数据经剩余产量模型拟合计算出的最大可持续产量。当E2020／EMSY＜1并且C2020／MSY＜1，或者Kobe图中F2020／FMSY＜1并且B2020／BMSY＜1，即未发生过度捕捞时，TACi＝MSYi；当E2020／EMSY＞1或C2020／MSY＞1，或者Kobe图中F2020／FMSY＞1或B2020／BMSY＞1，即发生过度捕捞时，TACi＝aMSYi。GABRIEL等［17］提出a的取值为0.6～0.9。若该作业方式与功率段过度捕捞较为严重，即同时发生捕捞型过度和资源型过度捕捞，取a下限值0.6。

2 结果分析

2.1 渔业生产统计

根据抽样统计资料，南海北部的鲔主要被围网、罩网、刺网和拖网捕捞，围网产量占比43.30%～94.62%，平均69.01%；罩网产量占比0%～26.67%，平均为10.98%；刺网产量占比4.27%～54.82%，平均17.77%；拖网产量占比0.70%～4.77%，平均为2.23%。2008—2020年南海北部鲔的产量先升后降，最低产量1.3×104t出现在2008年，最高产量出现在2014年，达到7.2×104t。

2.2 模型拟合

12个CPUE时间序列数据都能由平衡产量模型计算出MSY和EMSY。表2中MSY的数值40 413.67～573 832.10 t。2014年的峰值产量7.2×104t是很好的判断参考点，之后年份产量出现回落。故MSY不应超过7.2×104t。因此，从Schaefer模型来看，MSY 取值范围应在44 914.93～66 564.70 t，平均56 493.19 t；而从Fox模型来看，MSY的取值范围在40 413.67～62 225.85 t，平均49 888.98 t。

图1 南海北部鲔年产量变化Fig.1 Annual yield of Euthynnus affinis in the northern South China Sea

表2 平衡产量模型输出的种群参数Tab.2 Stock parameters by equilibrium production model

非平衡产量模型拟合时，有5个CPUE时间序列，包括围网50～100 kW、罩网300 kW 以上、刺网200 kW 以上、刺网151～200 kW 和刺网101～150 kW，数据在Schaefer模型或Fox模型的形式下，取得了较合理的输出结果（表3），而其他7个CPUE时间序列拟合失败，未列入表3。表3中MSY 值42 422.16～56 208.05 t，平均为50 012.00 t，K的估值范围 122 981.70 ～274 736.90 t，平均为162 962.83 t，BMSY的估值范围45 265.42～137 368.4 t，平均为78 771.96 t，r的估值范围0.73～1.68，平均为1.25。

表3 非平衡模型输出的种群参数Tab.3 Stock parameters by non-equilibrium production model

2.3 种群利用状况

平衡产量模型对2020年鲔资源状况给出较为乐观的判断，其资源利用度41.20% ～67.86%，平均为53.31%。捕捞努力量投入水平除罩网201～300 kW（128.62%）和刺网151～200 kW（221.21%）较高外，其他均在14.02% ～87.25%，未超过最大可持续努力量水平（表2）。非平衡产量模型较平衡产量模型能迭代出每年的资源存量，可以判断群体资源量的发展趋势，也利于用Kobe图分析资源群体的利用状况。非平衡产量模型对鲔资源存量的判断存在2种趋势，其中围网50～100 kW 和刺网151～200 kW的非平衡产量模型拟合认为资源量在2008—2020年先升后降，2014年为峰值年份；罩网300 kW 以上、刺网200 kW 以上和刺网101～150 kW的非平衡产量模型分析认为资源量呈现波动演化，2009年资源量较高，在2010年即出现大幅度下落至波谷，随后缓慢上升，在2014年达到一个峰值，然后又呈现下降，在2016年探底，之后2017—2020年又表现出上升趋势（图2）。非平衡产量模型之Kobe图对资源利用状态也出现2种判断：一种偏悲观，围网50～100 kW 和刺网151～200 kW 的非平衡产量模型分析认为至少2015—2020年连续6年处于捕捞型过度捕捞和资源型过度捕捞；另一种偏乐观，罩网300 kW 以上、刺网200 kW 以上以及刺网101～150 kW 的非平衡产量模型分析显示同时发生捕捞型过度捕捞和资源型过度捕捞的年份较少，并且2020年资源利用水平处于安全区域（图3）。

图2 非平衡Schaefer模型推测的南海北部鲔资源量年变化Fig.2 Annual biomass of Euthynnus affinis in the northern South China Sea by non-equilibrium Schaefer production model

图3 非平衡模型推测的Kobe图Fig.3 Kobe’s p lot by non-equilibrium production m odel

2.4 TAC推定

虽然不同CPUE指数的模型分析对当前鲔资源利用状况各有差异，但它们并不自相矛盾，原因是上述模型是从各自视角得出的结论，故应整体地来看待问题。综合前述分析，2020年罩网201～300 kW、围网50～100 kW 和刺网151～200 kW 3种作业方式与功率段存在较为严重的过度捕捞，因此，a的取值为0.6。其余作业方式与功率段未发生过度捕捞，不乘以系数a。按Schaefer模型分析的结果计算，TAC为54 093.56 t；按Fox模型分析的结果，TAC则为44 835.76 t。综合2种模型的结果，推定TAC可设置在4.9×104t。

3 讨论

3.1 资源利用评价

鲔通常与鲣（Katsuwonus pelamis）、扁舵鲣（Auxis thazard）和圆舵鲣（Auxis rochei）等小型金枪鱼类混合在一起，故其声学评估时被归入鲣类，2015年通过声学方法评估得南海北部外海春季鲣类资源为31.9×104t，秋季鲣类资源为50.1×104t［18］，若按何雄波［7］灯光围网鲔渔获产量占比估算，当时鲔资源量2.1×104t～4.9×104t。本研究之非平衡剩余产量模型估计2015年资源量5.3×104～9.3×104t。造成估计结果差别大的原因可能是模型分析的数据来源覆盖面更广。何雄波［7］又得出2013—2014年灯光围网的鲔资源开发率为0.63，为轻度超额开发。本研究采用了2种剩余产量模型，非平衡产量模型采用年际迭代计算，较平衡产量模型能计算出更多的种群管理参数。国际上评估认为，平衡产量模型的计算结果存在较大偏差，倾向于采纳非平衡产量模型分析的结果。非平衡产量模型采用非线性拟合，常常发生最小化不收敛拟合失败的情况；而平衡产量模型采用的是线性拟合，不易失败，通常都能得到一个结果。因此，在非平衡产量模型拟合失败的情况下，平衡产量模型计算结果仍是一个备选项［19］。本研究中，根据平衡产量模型和非平衡产量模型的分析结果进行综合评价，其中，围网50～100 kW 的CPUE时间序列经非平衡产量模型分析的Kobe图显示，2013—2014年该作业方式与功率段的生产同时处于资源型过度捕捞和捕捞型过度捕捞的状态。罩网201～300 kW 的CPUE时间序列经平衡产量模型分析显示，2020年存在过度捕捞（表2）；围网50～100 kW 和刺网151～200 kW 的CPUE时间序列非平衡产量模型分析显示，2020年存在过度捕捞（图3），但罩网201～300 kW、围网50～100 kW 和刺网151～200 kW 3种作业方式与功率段的产量占鲔总产量比例为13.73%（表1），其余作业方式与功率段在2020年未发生过度捕捞，因此，当前鲔资源的利用状况整体上较为乐观。

3.2 渔业管理建议

鲔属于小型金枪鱼类，邱永松等［20］指出分布于南海周围海域的小型金枪鱼类远多于大型金枪鱼类，其潜在渔获量应是大型金枪鱼渔获量数倍之多。张俊等［18］指出目前南海大型金枪鱼资源已接近充分开发，而归入鲣类的鲔资源尚存开发潜力。然而，当前对鲔资源的管理技术指标，例如最小可捕标准等缺乏研究，何雄波［7］提到灯光围网和灯光罩网鲔渔获的幼鱼比例过大，高达85%。原因是鲔是在4—8月产卵，6—7月为产卵盛期［4］，最早在当年8月出现幼鱼群，鱼体长还未长至性成熟规格，而此时南海休渔期已过，进入捕鱼季，故灯光围网和灯光罩网渔获中出现大量鲔的幼鱼。针对此种情形，未来应在这些作业渔船上研发物联网技术，对生产过程实施远程视频监控，避免滥捕幼鱼资源。对于TAC的确定，莫奇龙等人［8－12］采取了多模型保守估计的方法，拟合出了多个剩余产量模型，然后选取这些模型估算的TAC值最小值作为建议TAC。考虑到只是小部分作业方式与功率段发生了过度捕捞，本研究采取了折中的方法，根据其作业方式与功率段的产量所占比例，结合是否发生过度捕捞的判断，以及不同模型输出的MSY反算TAC，综合推定出TAC为4.9×104t作为当前鲔生产的管理目标。