南极半岛周边水域南极磷虾渔场特征分析

张吉昌，李显森，樊钢洲，徐玉成，朱建成，于 汉

（1中国水产科学研究院黄海水产研究所，农业农村部极地渔业开发重点实验室，山东青岛 266071；2青岛海洋科学与技术试点国家实验室，深蓝渔业工程联合实验室，山东青岛 266237；3辽宁远洋渔业有限公司，辽宁大连 116113）

南极磷虾（以下简称磷虾），是当前已知的生物量极高的可捕渔业资源［1］。我国大型拖网加工船自2009／2010渔季赴南极水域开展磷虾资源探捕和生产以来，经过10余年的发展，已发展出初具规模的磷虾渔业，成为远洋和极地渔业新的增长点。近年众多学者对磷虾渔场时空变动规律开展了大量研究［2-4］，但由于南极水域环境条件复杂多变，可供渔船高产作业的渔场环境影响机制尚未准确探明。渔船对磷虾资源的掌控能力不足，导致寻找最佳渔场所消耗的航行时间较长，在小范围作业空间内的高产渔场环境驱动机制更是难以掌握，严重影响了船载加工装备的效率和经济效益。因此，基于渔业生产数据的渔场特征分析，研究渔船在生产期内持续作业时间长、捕捞产量高且日产量稳定的渔场区域分布和变动情况，制定渔场判别指标，对开展渔场预报和中心渔场现场探查具有重要意义。

我国磷虾渔业作业渔场主要分布于南极半岛周边水域（以下简称48.1亚区）、南奥克尼群岛周边水域（以下简称48.2亚区）和南乔治亚岛周边水域（以下简称48.3亚区），其中48.1亚区作为重要渔业生产区之一，历年渔业产量占总产量的比例达32.7%～83.0%［5］。与48.2亚区和48.3亚区的磷虾渔场相比，48.1亚区渔场的地理环境较复杂，磷虾资源分布较广，可选择的作业区域较多，对该亚区的主要作业区进行中心渔场特性分析具有较强的代表性和指导性。

利用渔船生产数据开展渔场分析是研究渔业资源时空分布特征和渔场预报技术的重要方法之一，单位捕捞努力量渔获量（catch per unit effort，CPUE）是渔业资源评估重要参数，渔船生产的CPUE指标可以反映资源量丰度变动［6］。李显森等［7］利用渔船CPUE研究了2012／2013渔季期间磷虾主要作业区域磷虾渔场的时空分布特征；张衡等［8］使用GAM分析了磷虾渔船CPUE的影响因素，发现2010—2014年我国磷虾渔业主要渔场在南极半岛周边水域，作业时间为2—5月；朱国平和王芮［9］探讨了利用CPUE进行磷虾资源丰度评估的可行性，为更好地开展磷虾资源评估和丰度估算提供了思路；张衡等［10］结合捕捞数据和卫星遥感反演的海表温度数据，建立了智利竹筴鱼（Trachurusmurphyi）渔场预报系统；赵海龙等［11］结合海表温度SST和海面高度SSH等环境因素，建立栖息地指数综合模型进行金枪鱼渔场预报，准确性达66%以上；刘慧和朱国平［12］利用Getis-OrdGi*统计法和不规则三角网方法分析了近百年来的环南极海域的磷虾资源分布热（冷）点区。然而，上述研究欠缺与生产行为结合的渔场精细划分，对中心渔场判别指标定义不全面，生产先验性参考价值较低，中心渔场现场探测指导意义有限。本研究以辽宁远洋渔业有限公司（以下简称辽渔）磷虾专业生产加工船“福荣海”轮在48.1亚区的日产量、单位捕捞努力量渔获量、区域内作业总天数和连续作业天数、与船载加工能力相匹配的作业天数等反映渔业生产情况的数据为指标，分析“福荣海”轮在48.1亚区内各主要作业区的特征。结合“福荣海”轮的生产加工能力和预计生产效益，研究渔场精细化分类方法，探讨适合磷虾拖网生产的渔场特征，为未来磷虾产量指标和资源量评估指标的关系研究奠定基础，为磷虾渔业生产提供指导性建议。

1 材料与方法

1.1 数据来源

渔业数据来自“福荣海”轮2012／2013渔季到2018／2019渔季（即2013年1月—2019年5月）国家渔业科学观察员记录的渔捞日志。该船长110.75 m，总吨位5 306 t，满负荷加工鲜虾能力300 t·d-1，产品仓容1 000 t。该船使用的磷虾拖网主尺度为195 m（网口周长）×125 m（网长），网囊网目尺寸15 mm。数据包括各网次的日期、拖网时间、拖网距离、作业经纬度、网产量和日产量。

1.2 数据分析方法

1.2.1 主要作业区划分

依据南极海洋生物资源养护委员会（以下简称CCAMLR）所建议的小尺度管理单元（smallerscale management units，以下简称SSMU）［14］，结合“福荣海”轮历年作业位置空间分布，将作业区划分为斯诺岛（Snow Island，以下简称SI区）、乔治王岛（King George Island，以下简称KG区）和布兰斯菲尔德海峡（Bransfield Strait，以下简称BS区），如图1。

图1 CCAMLR规定的SSMU区划（绿色实线）Fig.1 SSMU boundary defined by CCAMLR（green solid line）

1.2.2 生产数据计算

以经向24′、纬向12′空间范围为统计方格，计算“福荣海”轮在48.1亚区各年度的日产量、单位时间产量和日产量重心，分析渔场的空间分布特征，以确定年际间主要作业区的范围和区域内重要生产位置的空间分布。

日产量重心以每小时网产量为权重计算加权平均值，其公式为：

式（1）、式（2）中，Xj、Yj分别为第j日产量重心的经度与纬度；Xij、Yij分别为第j日、第i网的放网经度和纬度，m为单日作业的网次数，CPUE_Nij为第j日、第i网次的每小时产量（t·h-1），计算式为：

式（3）中，Catch_Nij为第j日、第i网的网产量（t），tij为第j日、第i网的拖曳时间（h）。

日单位小时产量CPUE_D（t·h-1）计算式为：

式（4）中，Catch_D为日产量（t），T为日总拖曳时间（h）。

式（5）中，CPUE_Dj为第j日的日单位小时网产量（t·h-1），n为总生产日（d）。

各方格内年产量占48.1亚区年产量比例的算式为：

式（6）中，Rk为第k个方格年产量占48.1亚区年产量的比例，Catchk为第k个方格年产量（t），Catchsubarea为亚区内年产量（t）。

1.2.3 主要作业区评价

为评价主要作业区的年际间日产量差异性，在SPSS®（version 21）软件环境中，使用单因素方差检验法（ANOVA）分析各区域内日产量在不同年度的差异性。通过比较各主要作业区在各年度内的日产量变异系数CV，说明各主要作业区在各年度内的日产量稳定性。

1.2.4 连续生产期划分

本研究将“连续生产期”定义为渔船在不受恶劣天气、船舶故障和物资及产品转载等客观因素作用下，未改变主要作业区的连续全天时生产期。渔船在进入某区域后和离开某区域前通常存在非全天时的生产日，总计≥2d，进入某区域后全天时生产天数以≥1d计算。为区别连续生产期和非连续生产期，定义连续生产期最低天数为3个连续的全天时生产日。

磷虾渔业中，天气和船舶故障因素通常不会导致作业位置的大范围变化，在天气转好或故障解除后，仍可保持在原作业区，中断日期前后可视为同一连续生产期；两次物资及产品转载之间如未改变主要作业区，则两次转载之间视为完整连续生产期，否则分别视为不同作业区的连续生产期。由于中断生产的日期内正常作业时间大幅减少，甚至无作业行为，因此不计入连续生产期内，且此期间生产数据不能加入到数据分析中。

1.2.5 亚渔场等级划分

将某一作业区域内连续生产期的渔场定义为亚渔场。经向辽渔公司咨询，根据“福荣海”轮的生产加工能力与磷虾的市场售价，按连续生产期的日均产量将亚渔场分为高产、优质、普通、低产4个等级，高产渔场为日均产量高于满负荷加工量需求，捕捞量高于250 t；优质渔场为日均产量200～250 t；普通渔场为日均产量150～200 t，日均产品的产值高于生产成本；低产渔场为日均产量低于150 t，日均产品的产值低于生产成本。

2 结果与分析

2.1 作业天数年际空间分布

“福荣海”轮自2012／2013渔季到2018／2019渔季，生产位置主要分布在KG区中部和SI区西南靠近岛屿的区域及BS区的中部区域（图2）。SI区的作业天数最少，以5 d以内为主，且作业区域相对集中，主要发生在2013年、2014年和2017年；KG区的生产天数较SI区多，2013年、2014年、2016年、2017年和2018年均有渔业生产，主要为5 d以内，但作业区域在各方格中分布较均匀；BS区在各年度中均为作业天数最高的区域，且各年度高作业天数空间分布稳定，主要集中在58°～60°W、63°～64°S范围内。

图2 2013—2019年“福荣海”轮在48.1亚区磷虾渔场作业天数空间分布Fig.2 Annual spatial distribution of fishing days of Furonghai in Subarea 48.1

2.2 年产量的年际空间分布

各年度年产量比例分布显示（图3），在SI区和KG区，各方格年产量占年度总产量比例均低于0.1；在BS区内，虽然作业范围较SI区和KG区更大，但各年度年产量占比最高区域均分布在58°～60°W、63°～64°S之间，其他范围内的方格占比均低于0.1。

2.3 各区域作业天数和年产量占比年际分布

在48.1亚区，BS区域内的作业天数在各年度均高于KG区和SI区（图4-a），占年度总作业天数的60.00%～99.97%，KG区占0.03%～21.15%，SI区为0.01%～17.25%。3个作业区年度总产量占比与作业天数占比基本相符（图4-b），BS区的年度产量占48.1亚区总产量61.76%～98.75%，各年度占比均为最高；KG区占比1.25%～28.68%，SI区占比0.84%～16.67%。

图4 3个作业区每年作业天数和年产量占48.1亚区每年总作业天数和总产量的比值Fig.4 Annual variations of proportion of fishing days and annual yield by three areas to Subarea 48.1

2.4 日产量时空分布

BS区、KG区和SI区之间的生产存在明显的月间差异（图5）。据“福荣海”轮在各主要作业区内的月际间分布，显示BS区域的生产集中在3—5月，以日产量150 t以下的生产日为主；BS区内2月与6月生产日较少，2月以150～200 t生产日为主，250 t以上的生产日在6月出现频次最高。KG区域的生产主要在1月，以日产量150 t以下的生产日为主。SI区域内的生产主要在3月份，以150～200 t和200～250 t的生产日为主。

图5 2013—2019年各等级日产量的生产日在各区域内的月度频次分布Fig.5 Monthly frequency distribution of fishing days in four catching levels from 2013 to 2019

不同日产量等级的生产日在各年度的空间分布显示（图6），除2017年，日产量高于250 t的生产日和200～250 t之间的生产日均主要分布在BS中部较小范围区域内（63°～64°S、58°～60°W），后者较前者在各年度天数更多，年度总天数均少于10 d。日产量在150～200 t之间的生产日分布范围较大，各年度分散程度不同，但主要分布在BS中部区域，年度总天数均少于10 d。日产量低于150 t的生产日，在各年度分布范围与日产量在150～200 t之间的生产日相近，但天数最多。

图6 2013—2019年各等级日产量时空分布Fig.6 Annual spatial distribution of daily catch in different bins from 2013 to 2019

2.5 日单位小时产量时空分布

各等级日单位小时网产的生产日空间分布显示（图7），2013年、2014年、2016年和2018年在BS区中部较小区域内出现CPUE_D高于30 t·h-1的生产日，靠近南极半岛一侧。CPUE_D介于20～30 t·h-1范围内的生产日在2013—2018年均有出现，作业位置主要分布在BS区域，其中2013年在SI区、2014年在SI区和KG区亦有出现。CPUE_D介于10～20 t·h-1之间的生产日，在2015年和2019年只分布于BS区，其余年度在各区均有分布，在2015年、2017年和2018年都出现了10日以上的区域。CPUE_D低于10 t·h-1的生产日，在2013—2015年间的生产天数较少，各统计单元均低于5 d，在2016年和2017年，出现较大的分布范围，2018年和2019年作业范围和天数再度降低。

图7 日单位小时产量CPUE_D时空分布Fig.7 Annual spatial distribution of daily-catch-per-hour in different bins

2.6 亚渔场等级年际间区域分布

2013年1月至2019年5月，“福荣海”轮在48.1亚区共完成了70个连续生产期，每个生产期可看作亚渔场。图8显示，日均产量在250 t以上的高产级亚渔场仅在2018年的BS区域出现1次，作业天数与渔业产出占2018年总量的比值较小，分别为0.06和0.11。日均产量在200～250 t之间的优质级亚渔场，在2014年最高，共7次，天数占比与产量占比也为历年最高，分别为0.41和0.58。日均产量在150～200 t之间的普通级亚渔场在2018年和2019年较突出。日均产量在150 t以下的低产区域在各年度均有出现，其中以2017年最高，为12次，作业天数和年产量占也为历年最高。

图8 主要作业区不同等级亚渔场出现频次、天数和年产量占48.1亚区总量的比值Fig.8 Annual variation of frequency，proportion of fishing days and annual yield of BS，KG＆SI to Subarea 48.1

2.7 和日产量年间变化

2013—2019年“福荣海”轮在BS、KG和SI区内的在总体上呈现出逐渐降低的趋势（图9）。在BS区域中，2014年达到了25 t·h-1的高值，为各年度最高值，之后整体降低，2017年降低到10 t·h-1，但2018年又升高到15 t·h-1。KG区域和SI区域的年度总体变化与BS区域呈现相同的趋势，但最高值均出现在2013年。BS区日产量均值年度变化范围为107.13～218.43 t，年均值95%置信区间下限变化范围为98.75～207.65 t，上限变化范围为115.51～229.21 t；2014年 日 产 量 变 异 系 数 最 低，为20.10%，2016年最高为43.00%（表1）。在KG区，日均产量变化范围91.82～138.63 t，年均值95%置信区间下限变化范围为13.89～120.95 t，上限变化范围为110.92～169.95 t；2014年日产量变异系数最低，为32.90%，2013年最高为42.00%（表2）。在SI区，日均产量变化范围117.52～165.86 t，年均值95%置信区间下限变化范围为86.83～145.56 t，上限变化范围为148.20～186.15 t；2013年日产量变异系数最低，为29.60%，2017年最高，为49.00%（表3）。

表1 2013—2019年BS区各年度日产量统计描述Tab.1 Summary statistics of daily catch in BS division from 2013 to 2019

表2 2013—2019年KG区各年度日产量统计描述Tab.2 Summary statistics of daily catch in KG division from 2013 to 2019

表3 2013年、2017年SI区各年度日产量统计描述Tab.3 Summary statistics of daily catch in SI division in 2013＆2017

图9 BS、KG和SI作业区磷虾渔场变化趋势Fig.9 Variation of yearly-mean of daily CPUE in BS，KG＆SI

3 讨论

3.1 中心渔场时空分布

已有研究结果表明，48区历来作为磷虾渔船的主要作业渔区，其中又以48.1亚区、48.2区和48.3区为主要作业水域［13］。在48.1亚区中，2003年以前的数据记录显示主要的作业区域包括南极半岛德雷克海峡以西（Antarctic Peninsula Drake Passage West，APDPW）、南极半岛德雷克海峡以东（Antarctic Peninsula Drake Passage East，APDPE）和南极半岛大象岛（Antarctic Peninsula Elephant Island，APEI）（约占48.1亚区80%捕捞量）［14］。本文分析结果表明，自2012年以后，“福荣海”轮每年在BS区产量占该船48.1亚区总产量的比例均达到60%以上，在2015年更是达到了98%以上。限于数据公开权限，本文未呈现其他磷虾渔船的渔场分布，然而根据来源于CCAMLR的渔船生产数据信息，以“福荣海”轮为代表的中国磷虾生产船，年产量和产量重心有向BS区域集中的趋势，KG区和SI区正逐渐淡出我国磷虾传统拖网渔船的作业范围。南极半岛周边水域的磷虾资源声学调查结果也表明，其资源分布主要区域在BS区域的中部水域［15］。

3.2 渔场等级评价

各主要作业区的亚渔场渔业产出等级年度分布表明，在BS、KG和SI 3个区域中，BS是“福荣海”轮连续生产期最多的区域（图8），在渔业产出、生产天数或3个方面占比都最高。BS区渔场变化对48.1亚区的年产量影响最明显，以较特殊的2017年为例，该船首次遭遇纽鳃樽（Pegeaconfoederata）生物量大幅度升高，因纽鳃樽与磷虾存在相互竞争关系［16-17］，前者生物量暴发致磷虾资源量降低，且渔获中含有大量纽鳃樽，严重影响磷虾产量和产品加工。但是在CCAMLR规定捕捞限额规定下，低产会导致48.1亚区生产期相对延长，在一定程度上保证了2017年的年产量。

从渔场作业范围分布情况看，BS区的作业方格数明显高于KG区和SI区，说明“福荣海”轮在此区域内的作业渔场范围较大。2013年后，BS区内的作业范围逐渐集中到磷虾资源量高的海峡中部区域，表明渔业生产可以在一定程度上反映渔业资源的分布情况。BS区较大的作业范围有利于未来逐渐增加渔船的作业安全。

BS区、KG区和SI区作为“福荣海”轮的3个主要作业区，各区的日产量的CV均属较高水平，最低为2014年的BS区，为20.10%。BS区作为最为稳定的区域，在2016年的日产量CV值也达到了43.00%，说明区域内的日产量并不稳定，同时也说明本文对高产区域分析研究的重要性。

我国对48.1亚区的磷虾资源断面调查始于2009／2010渔季，2012／2013渔季开始使用科学探鱼仪对南设德兰群岛周围海域进行声学走航断面调查。历年的调查数据资料和研究结果可以帮助我国远洋渔企逐渐加深对48.1亚区磷虾资源分布特征的认知，即BS区域中部是磷虾资源重点分布区域。“福荣海”轮自2013／2014渔季即将生产重心转移到BS区内，在BS区与KG、SI区之间的转换次数明显降低，在48.1亚区作业天数越少，BS区占整体产量比例越高，且各年度的渔业生产以BS区中部靠近南极半岛一侧水域为主（图2～图3）。

3.3 渔场选择

“福荣海”轮是我国唯一一艘自2013年连续完成48.1亚区各个渔季的生产船只，该船可较大程度上代表变水层拖网渔船中心渔场时空分布情况。渔船经营者在总结长期渔业生产经验的同时，也为我国其他磷虾生产船提供了指导性的生产建议。由于CCAMLR近年对48.1亚区管理趋于严格，在年度配额保持不变的情况下，作业船只数的增加，各渔船作业时间和可捕捞量会相对缩减，致使作业渔船需选择日均产量稳定的渔场进行生产。48.1亚区内设有众多海洋特别保护区和海洋特别管理区，乔治王岛周围海域和斯诺岛周围海域由于渔业管理的限制，每年的生产许可日期为3月1日之后，对48.1亚区的渔业产生重要影响。就“福荣海”轮近几年的生产区域分布而言，3月份以后，布兰斯菲尔德海峡内是可持续保持稳定产量的中心渔场，尤其在区域中部，可作为我国生产船只的重点关注区域。

作为在48.1亚区各年度的主要作业区，BS区的产量比重总体呈逐年增加的趋势，其磷虾资源情况对我国磷虾渔业的稳定发展有关键影响。未来需利用渔船作为平台，进一步加大对BS区内磷虾渔业资源变动特征的科学研究，这样，既可为我国渔船的渔业生产提供科学性指导，同时也可以为CCAMLR所关注的磷虾及相关海洋生物资源养护提供科研成果支撑，提高我国在磷虾渔业国际事务中的地位。

致谢：感谢辽宁远洋渔业有限公司所提供的渔业生产数据和南极磷虾渔业国家科学观察员记录的相关资料。