拖网对海底环境压力评价方法分析

摘要 底拖网捕捞是最有效的捕捞作业方式之一，但一些学者和渔业管理人员已经观察到其对海底环境影响的严重性和持久性。声纳、视频、遥感、渔船监控系统等技术可以应用于拖网对海底环境压力评价，声纳与视频辅助可以从微观角度评价拖网对海底沉积物影响，遥感影像可以用拖网轨迹宽度、长度量化评价，渔船监控系统可以用累计距离、累计功率距离等参数量化评价。声纳与视频适合小范围，遥感适合大范围评价，但两者在水体浑浊的情况下都不适用，渔船监控系统时空分辨率都较高，可以很好地应用于拖网对海底环境压力评价。

关键词 捕捞学;底拖网;环境压力;渔船监控系统

中图分类号 X834;S975文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）20-0057-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.20.016

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Analysis of Environment Pressure Assessment Method for Bottom Trawling

ZHANG Sheng mao

（Key Laboratory of East China Sea Fishery Resources Exploitation， Ministry of Agriculture， East China Sea Fisheries Research Institute， Chinese Academy of Fishery Sciences， Shanghai200090）

Abstract Bottom trawling is one of the most effective fishing methods. But some scholars and fishery managers have observed the seriousness and persistence of its impact on the seabed environment. Sonar， video， remote sensing， fishing vessel monitoring system and other technologies can be used to evaluate the bottom environmental pressure of trawl. Sonar and video can be used to evaluate the impact of trawl on the bottom sediment from a microscopic perspective. Width and length of trawl trajectory can be quantitatively used to evaluate the affection by remote sensing images. Accumulated distance and accumulated power distance can be used to evaluate the affection by fishing vessel monitoring system. Sonar and video are suitable for small area. Remote sensing is suitable for large area evaluation. But both of them are not applicable in the case of turbid water. The space time resolution of fishing vessel monitoring system is high， which can be well applied to the evaluation of bottom environmental pressure by trawl.

Key words Fishing science;Bottom trawling;Environment pressure;Vessel monitoring system

20世紀90年代后，随着国际渔业管理的加强，渔业活动监控和管制已成为保护海洋渔业资源的必要组成部分[1]。国际上，渔船监控管理技术以GPS（global positioning system）实时监控为主，辅以SAR（synthetic aperture radar）遥感和光学遥感影像的渔船分布监控，并结合具体应用，构建了许多实用的渔船监控系统（vessel monitoring system，VMS）[2]。船位监控系统最初是为了渔船管理和渔船安全[3-5]，同时也为渔业科学研究提供了一种新的数据来源。1996年欧盟要求欧洲所有长度大于24 m的渔船强制安装VMS，到2012年，VMS的强制安装范围扩大到了所有长度大于12 m的渔船，美国、澳大利亚、新西兰等渔业国家都相继应用VMS[6]，许多发展中国家与地区也建立了类似的监控系统。中国2006年开始基于北斗卫星导航系统，在海南构建北斗渔船船位监控系统[7]，我国近海渔船已安装北斗终端约6万艘[8]。VMS数据记录了渔船实时的船位、航速、航向、转向率等动态信息，已被广泛应用于渔船状态识别、捕捞努力量估算、渔民行为分析、渔场判别、捕捞追溯等[9]。

VMS渔船监控具有覆盖广、可靠性高、实时性强、可全天候工作等特点，在强化渔业管理、保障渔船航行作业安全、履行相关国际义务等方面发挥了重要作用。基于卫星遥感技术的渔船监控能够较准确获取渔船时空分布信息，虽不具有全球卫星导航系统对渔船实时监控的功能，但对于进行事后的渔业捕捞生产评估、渔业资源管理、渔船生产效果评价等仍具有一定的科学价值和应用意义。

1 拖网作业对海底环境的影响

拖网是目前海洋渔业生产中效益最高的渔具，也是对环境破坏较大的一种渔具，在全球各地均有使用。拖网的网板犁刹、沉纲刮割、网囊拖抹，引起环境破坏[10]。拖网会扰动海底的底泥等物质，使沉积物悬浮造成水质混浊、引起水体污染[11-12];拖网拖曳过程出现“犁地填沟”现象，海洋大陆斜坡上的峡谷皱褶被扫平，平滑的泥沙被犁出沟壑[13];有学者在西班牙沿海进行调查时发现，一些地方海底环境与自然状态相比有很大差异，海底表面平滑的泥沙经拖网拖曳产生许多沟壑。拖网长期拖曳渔场，不仅危及生物的生存和繁殖，而且严重破坏了海洋生境和生态平衡[14-16]，不加强管理与保护，海底将形成“海底沙漠”;拖网渔船所过之处的几百米范围内，也会对海底管线、电缆及其他水下结构物[17]造成严重的威胁或损害。在捞走大量鱼虾的同时，还把海洋生物赖以生存的海底家园“犁”了一遍，剩下的海洋生物会更难生存。美国地球资源衛星对1999年墨西哥湾拍摄的遥感影像显示，每个长条沉积物痕迹末端的白点都是独立的渔船，拖网捕捞使海底沉积物产生密集的划痕[18]，对底层鱼类栖息地造成巨大破坏[19]。

鉴于海底拖网捕鱼作业对生态系统的影响，许多国家和地区都对这一作业方式进行了限制。如为了恢复海洋渔业资源量，维持海岸渔民的生活，美国海洋大气局宣布减少拖网过度捕鱼和保护必要的鱼类生境。为了维护和合理利用沿海渔业资源，加强渔场管理，中共中央国务院早在1955年就划定了渤海、黄海及东海机轮拖网渔业禁渔区。

2 拖网海底环境影响评价

2.1 声纳与视频辅助拖网海底影响评价

局部、小范围的拖网海底量化影响可以通过侧扫声纳和水下视频评估[20]，侧扫声纳能在2～3 knot速度下，获取幅宽200 m、分辨率20 cm的数据，水下视频能在1 knot速度下，获取 1～2 m幅宽、分辨率 1～2 cm数据，使用该方法在伊拉克利翁湾区200 m水深分析拖网对粉质黏土沉积物的影响。在英国东部海域约28 km×12 km面积，使用侧扫声纳与传统生物抽样方法相结合，映射拖网作业范围内海底栖息地和相关的底栖生物群落的分布，每个声区内基底的分布一般是均匀的，沉积物类型从卵石、粗砾石到泥沙变化[21]。

2.2 遥感数据辅助拖网海底影响评价

资源卫星可以观测到拖网作业产生的轨迹[22]，从而推算出轨迹宽度、长度等信息，多个国家都在使用拖网作业（图1），如瓜亚斯厄瓜多尔（图1A）、美国路易斯安那州（图1B、C）、菲律宾吕宋岛（图1D）、墨西哥索诺拉、马来西亚等，借助遥感图像可以揭示拖网对海底沉积物的影响规模。

2.3 VMS辅助拖网海底影响评价

利用VMS数据评估拖网渔业活动对海洋环境影响的研究较多，如通过对VMS数据进行挖掘，估算英国马恩岛扇贝底拖网船捕捞强度的分布状况，量化分析了拖网捕捞对海洋底栖环境的影响[23]。网格化计算爱尔兰凯尔特海底拖网渔船的捕捞强度，探讨高时空分辨下底拖网捕捞对海洋环境的影响[24]。计算爱尔兰坎布里亚海岸挪威拖网渔船的拖网次数和拖拽范围，并与实地海底采样相结合，分析了底拖网对海洋底栖环境、资源丰度以及生物多样性的深刻影响[25]。在英格兰和威尔士海借助VMS数据，分析出2007年拖网海底影响强度为0.000 2～30（即1 km2的格网内每年可能已被捕捞到30次）[26]。国外大部分VMS数据时间间隔0.5～2 h，通过线性插值方法重构渔船轨迹[27-28]，提高分析精度。

3 基于北斗船载终端的渔船作业监测

中国东黄海拖网捕捞渔船最多，主要分布在专属经济区内（图2），黄海是一个近似南北向的半封闭浅海，西北以辽东半岛南端老铁山角与山东半岛北岸蓬莱角连线为界，南以中国长江口北岸启东嘴与济州岛西南角连线为界，与东海相连，平均深度44 m[29-30];东海北与黄海相连，南以广东南澳岛与台湾岛南端的鹅銮鼻连线为界，与南海相连，平均深度370 m[30-31]。黄海海底辐射沙脊群规模庞大、形状奇特，构成了一种独特的地貌形态[32]。东海陆坡广泛发育海底峡谷—扇体系的沉积地层结构[33]，东海中南部海底分布着广泛的脊槽状地形，被冰后期陆架席状砂所覆盖[34]，海底沉积物分布有中砂、细砂、粉砂、粉土、淤泥质黏土、淤泥6种岩性，均属全新世浅海相松散沉积物，以粉砂为主，表层土属现代沉积，抗剪强度小[35]，在受到拖网拖曳网具扰动时，极易改变海底环境。

据《中国渔业统计年鉴》，2016年国内海洋捕捞拖网渔船34 141艘，总计功率65.9×104 kW，虽然拖网渔船数量只占19%，但总计功率占55%[36]，其中60%以上的拖网船分布在东海和黄海。拖网渔船吨位、功率都比较大，船上硬件基础好，因此安装北斗终端的渔船80%以上是拖网渔船。北斗卫星导航系统2012年12月就完成了亚太区域组网，系统定位精度水平10 m、高程10 m、测速精度0.2 m/s，很好地覆盖了东黄海。中国东黄海拖网作业渔船多，对于砂质沉积的海底环境影响大，北斗VMS在中国应用时间短[37]，基于船位的海底环境影响研究鲜见，北斗船位数据时间分辨率3 min，拖网捕捞状态一般持续几个小时[38]，按照奈奎斯特采样定理（一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10倍）可以满足信息提取的需要。北斗船位数据与国外数据相比时间分辨率更高，如利用北斗数据在没有插值处理的情况下，提取到象山渔船在近海拖网累计捕捞时间与捕捞努力量（kW·h）[39]。张胜茂等[40]利用象山港1 403只拖网渔船VMS数据对2013年的拖网作业进行分析，采用累计距离、累计功率距离和拖网强度作为反映黄海和东海拖网作业影响的评价指标，这3个指标在黄海和东海中具有相似的模式，表明靠近港口的渔场具有较高的捕捞努力量，整个渔区海底平均被拖网0.73次，51.38%的渔场没有捕捞活动。

4 结语

声纳与视频辅助评价方式适合小区域的量化分析，重复调查的时间周期长，在水体较浑浊的情况下视频方式不能使用。遥感数据辅助评价方式与声纳视频辅助评价方式相比适用范围较大，但在水体浑浊或水较深的情况下不能获取到海底影像，在有云的情况下也不能获取到影像，数据获取周期一般2 d以上。VMS辅助评价方式，时间频率与VMS采样频率有关，空间频率与定位精度有关，北斗船位数据时间分辨率3 min，空间分辨率10 m，因此北斗船位数据辅助拖网海底影响量化评价，理论上也可以达到较高的分辨率。

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