阿拉伯海外海鸢乌贼渔场时空分布与海洋环境要素的研究

肖 戈，徐 博，张 衡，唐峰华，陈 峰，朱文斌

1. 中国水产科学研究院东海水产研究所/农业农村部远洋与极地渔业创新重点实验室，上海 200090

2. 上海海洋大学 海洋科学学院，上海 201306

3. 浙江省海洋水产研究所，浙江 舟山 316021

鸢乌贼 (Symplectoteuthis oualaniensis) 隶属于头足纲、枪形目、柔鱼科，广泛分布在印度洋和太平洋海域[1]，是这些海域重要的经济渔业资源之一，也是目前中国远洋渔船在西北印度洋公海即阿拉伯外海的主捕对象。21世纪初期中国开始对阿拉伯外海鸢乌贼开展试验性探捕和资源调查，发现阿拉伯海外海的北部鸢乌贼资源较丰富[2]，但随后并未对其进行商业型规模的开发和利用。直至2013年前后中国才有渔船在阿拉伯海外海进行正式的商业性捕捞开发。目前中国在西北印度洋公海海域进行商业捕捞的渔船近200艘，并且有逐年增加的趋势。对阿拉伯海外海鸢乌贼资源进行合理开发及可持续利用，有利于提升中国在印度洋海域渔业科学研究中的地位和影响力，同时对缓解近岸资源捕捞压力具有积极意义。

近年来，印度洋鸢乌贼的研究主要集中在渔业生态学方面，如角质颚和耳石等[3-6]，而环境因素对鸢乌贼的影响研究区域集中在中国南海[7-10]。有研究根据印度洋北部捕捞鸢乌贼3种方式 (灯光敷网、灯光罩网和鱿钓) 的作业次数、渔获量和单位捕捞努力量渔获量 (Catch per unit effort, CPUE) 进行统计，对渔场时空分布及其年间差异进行分析[11]，但缺少对印度洋公海海域鸢乌贼渔场海洋环境变动的相关研究；且伴随着《北太平洋公海渔业资源养护和管理公约》的实施，更多远洋渔船可能会从北太平洋选择转移至印度洋生产，因此从掌握该海域资源状况及提升生产稳定性等角度出发，对阿拉伯海外海鸢乌贼的时空分布和渔场环境信息的了解尤为必要。本研究利用2019年12月—2020年2月和2020年10—11月2个航次的调查资料，选取经纬度、农历日、海表温度 (Sea surface temperature,SST)、叶绿素a(Chla)浓度和海表温度距平 (Sea surface temperature anomaly, SSTA)，开展上述要素在阿拉伯海外海鸢乌贼渔场的时空分布研究，旨为掌握印度洋鸢乌贼的渔汛规律、渔场的发生机理，为阿拉伯海外海渔场的精细化渔场预报提供科学参考和可靠依据。

1 材料与方法

1.1 调查要素

第1航次的调查渔船为灯光敷网渔船“欣海1202”，船总长50.95 m，船型宽8.2 m，型深4.2 m，总吨位 722 t，主机机 1 台，功率 1 260 kW，副机600、400、250 kW各1台；网具的网口周长约 420 m，网衣长度 250 m，最大网目尺寸 60 mm，最小网目尺寸30 mm；船上配有75盏集鱼灯，功率为4 kW，另配有1盏2 kW的水下导鱼灯。第2航次的调查渔船为灯光罩网渔船“兴邦908”，船总长 61.64 m，船型宽 12.2 m，型深 5.2 m，总吨位 1 492 t，主机 1 台，功率1 540 kW，副机 809、809、441 kW各1台；网具的网口周长624 m，网衣长度约115 m，最大网目尺寸40 mm， 最小网目尺寸35 mm；船上配有300盏2 kW的水上集鱼灯，8盏4 kW的水下集鱼灯。

第1航次的调查时间为2019年12月—2020年2月，调查站位49个；第2航次的调查时间为2020年10—11月，调查站位54个。作业时每个站点灯诱3～5 h，记录每站下网信息 (经纬度、农历日) 和渔获数据。调查海域位于阿拉伯海外海(60.18°E—65.0°E, 15.87°N—19.70°N) (图1)。2 个航次的调查站点设计参考鸢乌贼的历史中心渔场，并覆盖了中心渔场的附近海域，以期开拓阿拉伯海外海鸢乌贼渔场范围。

图1 阿拉伯海外海鸢乌贼渔场调查站位分布Fig. 1 Distribution of survey stations in fishing grounds of S. oualaniensis in outer sea of Arabian Sea

1.2 环境要素与生产调查数据的采集

海洋环境要素的数据采集参照GB 17378.3—1998 《海洋监测规范)》进行，当场采用CTD(Conductivity, Temperature, Depth system, Sea-Bird 911 plus CTD) 记录 SST。生产调查数据包括每网次、每次下网的经纬度、农历日、鸢乌贼渔获量等。

1.3 遥感数据的获取

遥感数据包括 Chla浓度和 SSTA。Chla浓度数据来自美国航空航天局 (National Aeronautics and Space Administration, NASA) 网站 (https://www.nasa.gov/) 提供的中分辨率成像光谱仪 (Moderateresolution Imaging Spectroradiometer, MODIS) 卫星传感器；SSTA来自美国国家海洋和大气局 (National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA) 的 Ocean Watch 网站 (https://oceanwatch.pifsc.noaa.gov/)。时间分别率均 1 d，其中 Chla浓度的空间分辨率为 1/24°×1/24° (约 4 km)，SSTA的空间分别率为5 km。将遥感数据进行0.25°×0.25°的处理后与生产调查数据进行对照匹配。

1.4 数据处理

鸢乌贼的CPUE为每个站点的各网次的渔获量(t·网−1)；根据农历日和实际生产设定：月光夜为农历日的初十至廿二，月黑夜为农历日的廿三至三十、初一至初九；设定以0.5 ℃为1个SST区间，以 0.1 mg·m−3为 1 个 Chla区间，以 0.2 ℃ 为1个SSTA区间。

式中：ycatch为每日站位的总产量 (t)；nnet为每日站位的放网次数。

广义可加模型 (Generalized Additive Model,GAM) 是 1986 年 Hastie 和 Tibshirani[12]提出的一种广义线性模型的非参数化扩展，能直观地对多个解释变量和相应变量之间进行非线性关系的处理。本研究将可能影响响应变量 (阿拉伯海外海鸢乌贼CPUE) 的解释变量分为时空因素和海洋环境因素，其中时空因素包括经纬度和农历日；海洋环境要素包括SST、Chla和SSTA。综上，构建的GAM模型如下：

式中：为防止零值出现，采用CPUE加上1后进行对数化处理的方法；s()为样条平滑 (Smoothing spline)，可用于单变量平滑及多变量的各项同性平滑；lon为经度；lat为纬度；lc为农历日；SST (℃)；Chla (mg·m−3)；SSTA (℃)。

利用赤池信息准则 (Akaike's Information Criterion, AIC) 检验加入解释变量后模型的拟合度，选择最优的解释变量，AIC的值越小，表示模型的拟合效果越好[13]。利用F检验评估各因子的显著性。构建GAM模型和计算采用R 4.0.5软件包的mgcv 函数库。绘图采用 ArcGIS 10.2、Excel 2019和R 4.0.5软件进行。

1.5 最佳模型的筛选

模型中逐步加入各解释变量后的详细变化情况见表1。方差解释率与决定系数不断增大，且最终各因素均对模型存在显著性影响。lg(CPUE+1)～s(lon, lat)+s(lc)+s(SST)+s(Chla)+s(SSTA) 为最佳模型，解释率为83.7 %。残差分布图 (图2) 表明最终选择的最优模型能较好地解释阿拉伯海外海鸢乌贼CPUE的变化。

表1 最优广义可加模型分析结果Table 1 Analysis results of optimal Generalized Additive Model

图2 鸢乌贼最佳广义可加模型残差图Fig. 2 Residual plot of optimal Generalized Additive Model

2 结果

2.1 调查概况

2个航次的阿拉伯海外海鸢乌贼资源调查情况见表2。调查期间，共捕获鸢乌贼277.44 t，平均CPUE 为 2.69 t·网−1；第 2 航次的总产量和 CPUE平均值均大于第1航次；2个航次的SST介于24.56～28.60 ℃，Chla质量浓度介于 0.16～1.49 mg·m−3，SSTA 介于−0.45～1.16 ℃。

表2 2个航次的阿拉伯海外海鸢乌贼资源调查概况Table 2 Survey of S. oualaniensis resources by two voyages in outer sea of Arabian Sea

2.2 CPUE 分布情况

图3为2个航次鸢乌贼CPUE的分布情况。第 1 航次的调查范围为 60°E—63.50°E，15.50°N—18.50°N，总渔获量 113.20 t，平均 CPUE 为 2.31 t·网−1，高 CPUE 区域主要集中在 60°E—61°E，16°N 和 62°E，16°N—18°N 附近 (图3-a)；第 1 航次的调查范围为 61.50°E—65°E，16°N—20°N，总渔获量 164.24 t，平均 CPUE 为 3.04 t·网−1，高 CPUE 区域主要集中在 61.50°E—63°E，17°N—17.75°N 附近 (图3-b)。

图3 阿拉伯海外海鸢乌贼单位捕捞努力量渔获量分布注：a. 第一航次；b. 第二航次；图6、图8同此。Fig. 3 CPUE distribution of S. oualaniensis in outer sea of Arabian SeaNote:a. 1st voyage; b. 2nd voyage. The same case in Fig.6 and Fig. 8.

2.3 主要海洋环境因子与 CPUE 的叠加分布

渔场的SST为24.5～25.5 ℃时，鸢乌贼的总渔获量为60.01 t，占总渔获量的53.0%，CPUE为3.14 t·网−1，是平均 CPUE 的 1.16 倍 (图4-a)；在26.5～27.5 ℃组内，鸢乌贼的渔获量占总渔获量的85.6%，共140.7 t，CPUE呈现下降趋势，最高值出现在 26.5～27.0 ℃ 组内，为 8.31 t·网−1(图4-b)。

图4 不同海表温度组的鸢乌贼渔获量与单位捕捞努力量渔获量分布Fig. 4 Catch and CPUE of S. oualaniensis in different SST groups

Chla质量浓度为 0.3～0.4 mg·m−3时，渔获量为85.73 t，占总渔获量的75.73 %，其对应的CPUE为 2.38 t·网−1，CPUE 最高值是 3.73 t·网−1，对应的Chla为 0.2～0.3 mg·m−3(图5-a)，CPUE 与 Chla的叠加图 (图6-a) 显示，CPUE高值区颜色较深，说明其对应 Chla范围小于 0.5 mg·m−3；渔获量和CPUE最高值均落在 Chla质量浓度0.4～0.5 mg·m−3范围内，分别为 140.7 t和 4.69 t·网−1(图5-b)。因为未在 Chla质量浓度为 0.5～0.7 mg·m−3的区域进行调查，因此该范围内的CPUE与渔获量均为0。CPUE 高值区域集中在 0.4～0.8 mg·m−3范围内(图6-b)。

图5 不同叶绿素a组的鸢乌贼渔获量与单位捕捞努力量渔获量分布Fig. 5 Catch and CPUE of S. oualaniensis in different Chl a groups

图6 阿拉伯海外海鸢乌贼单位捕捞努力量渔获量分布与叶绿素 a叠加图Fig. 6 CPUE distribution and stack distribution of Chl a of S. oualaniensis in Arabian Sea

SSTA介于0.2～0.6 ℃时，两组的渔获量约占总渔获量一半，CPUE分别为 3.82和 4.22 t·网−1(图7-a)；渔获量和CPUE的最高值分别为84.2 t和 9.78 t·网−1，是平均 CPUE 的 3.21 倍 (图7-b)。2个航次的高CPUE主要集中在图中黄色区域附近，即SSTA为0.2～1.0 ℃的区域 (图8)。

图7 不同海表温度距平组的鸢乌贼渔获量与单位捕捞努力量渔获量Fig. 7 Catch and CPUE of S. oualaniensis in different SSTA groups

图8 阿拉伯海外海鸢乌贼单位捕捞努力量渔获量分布与海表温度距平叠加图Fig. 8 CPUE distribution and stack distribution of SSTA of S. oualaniensis in Arabian Sea

2.4 最佳模型显示要素对 CPUE 的影响作用

通过选择最佳GAM模型分析得到经纬度在所有变量中的方差解释率最高 (34.5%)。图9-a中黑色实线的范围表明阿拉伯海外海鸢乌贼CPUE较高的区域有 3 处，分别是 60°E—61.50°E，15.90°N—16.50°N；60.80°E—64°E，17°N—17.80°N；62°E—64.8°E，18.8°N—19.10°N；图9-b显示，在经纬度较小范围的区域，随着经纬度变大，对鸢乌贼CPUE的影响逐渐下降，并且在 62°E—63°E，17°E—18°N附近有一穹顶状突起，对应了图3-a中的1个CPUE高值密集区 (62°E、16°N—18°N) 和图 3-b 的CPUE高值密集区。

图9 GAM模型中各因子对鸢乌贼单位捕捞努力量渔获量的影响作用Fig. 9 GAM-derived effects of each factors on CPUE of S. oualaniensis

农历日的方差解释率为20.0%。图9-c显示农历日对鸢乌贼CPUE的影响呈现先升后小幅下降的趋势，并在农历日为15—23日呈上升趋势，之后下降。GAM模型最适农历日介于17—25日。2个航次中，月黑夜的渔获量、作业次数和CPUE均大于月亮夜，第1和第2航次月黑夜的产量分别为月亮夜的3.01和2.00倍，但作业次数差别不大(表3)。

表3 农历日鸢乌贼渔获量和单位捕捞努力量渔获量情况Table 3 Catch and CPUE of S. oualaniensis on lunar calendar day

SST的方差解释率为20.0%。影响曲线呈先降低、回升后再降低的趋势，波峰位于27.0～28.0 ℃ (图9-d)，置信区间表明最适SST介于26.5～27.5 ℃。Chla的方差贡献率最低 (2.9%)，影响曲线呈倒“V”形。当 Chla为 0.30～0.50 mg·m−3时，置信度较高，CPUE与Chla呈现正相关关系(图9-e)；当 Chla大于 0.50 mg·m−3时，则为负相关关系。SSTA的方差解释率为15.9%，系环境因子中解释率最高的因子。当SSTA为0～0.4 ℃时，影响曲线呈递增趋势；当SSTA＞0.4 ℃时，则CPUE与SSTA呈负相关 (图9-f)。置信区间表明最适SSTA范围在0～0.43 ℃。

3 讨论

3.1 阿拉伯海外海鸢乌贼 CPUE 时空变化

第2航次的渔获总量和CPUE平均值高于第1航次 (表2)，相较于第1航次的灯光覆网渔船，灯光罩网渔船在作业水深与作业方式上有所不同，导致了2次探捕的结果不同，灯光罩网的作业水深较灯光覆网的深，因此灯光罩网渔获物的种类、年龄结构等较灯光覆网更丰富[14]，且季节性渔获物也存在差异。

鸢乌贼CPUE高值的集中区域主要有3个，分别是 60°E—61°E，16°N；62°E，16°N—18°N；61.50°E—63°E，17°N—17.75°N (图2)。陈新军和叶旭昌[15]通过对 2003 年印度洋西北海域 (58°E—65°E，2°N—18°N) 探捕生产情况研究发现，10 月下旬鸢乌贼中心渔场分布在61°E，15°N—16°N附近海域，这与本研究的结果相似。钱卫国等[16]发现在2004年冬季调查期间60°E，14°30'N附近海域鸢乌贼的CPUE最高，该研究采用的数据为鱿钓渔船数据，因此造成与本研究结果有差异，本研究采用的是灯光围网渔船数据，在灯光集鱼效果、作业深度、渔获选择性等方面与鱿钓作业方式的调查有较大区别，并且该研究的调查时间在2003年左右，与本研究相距时间较长，而印度洋西北海域的季风气候的情况复杂，在秋冬季节为东北季风而夏季为西南季风[17]，导致每年鸢乌贼和澳洲鲐 (Scomber australasicus)[18]等中上层鱼类的渔场分布和产量会产生年际间和季节性波动。本研究调查持续时间较短且不连续，存在样本量不足的缺点，故暂不适宜进行季节性的具体研究，有待后续补充调查。

根据GAM模型结果，农历日 (月亮夜与月光夜) 对阿拉伯海外海鸢乌贼的CPUE具有极其显著的影响 (P≤0.001)。影响曲线在15 d后呈现升高趋势 (图9-c)，说明在满月附近的时段，渔船为了减少作业成本会减少每天的作业次数，而在满月之后，月光照度开始下降，渔船会进入正常生产状况；月黑夜总作业次数是月亮夜的1.38倍，月黑夜的总渔获量较月亮夜增加了108.21% (表3)，基本与晏磊等[19]、招春旭等[20]、李杰等[21]研究结果一致，进一步表明农历日对鸢乌贼分布的影响显著。另外，有研究表明，除了月光会导致水上集鱼灯的效果降低，还会对水温、海流等外部环境条件造成影响[22]；同时，不同物种的趋光特性也会有所不同，钱卫国等[23]研究证明印度洋鸢乌贼适宜光照强度低于智利外海茎柔鱼 (Dosidicus gigas)。因此依据主捕渔获物的生物学习性，选择不同类型不同功率的集鱼灯，适当配置水上集鱼灯和水下集鱼灯的数量，有利于渔船降低生产成本，提高经济效益，减少渔获物中的兼捕物种，保护该海域的生物资源。

3.2 主要环境要素对鸢乌贼 CPUE 的影响

上升流是一种海水垂直向上运动的现象，上升的水体通常来自数百米深处，虽然上升流海域的面积仅占海洋总面积的1‰，但渔获量却占世界海洋总渔获量的50%[7,24-25]。上升流是印度洋鸢乌贼渔场形成与变动的内在驱动[26]，表层海水与低温的深层海水交汇，SST发生变化，且因为上升流带动深海底层的营养盐来到表层，表层藻类生长旺盛，导致Chla浓度上升，由此形成了阿拉伯海外海渔场。SSTA能反映渔场的水温变化状况，与上升流的强弱具有一定的相关性[27]。因此，本文利用SST、Chla和SSTA作为海洋环境因子，研究其与鸢乌贼CPUE的关系是可行的。本研究中SST、Chla浓度、SSTA对阿拉伯海外海鸢乌贼CPUE均存在影响 (P≤0.05)。

GAM模型表明，阿拉伯海外海鸢乌贼的最适SST介于26.5～27.5 ℃。林东明和陈新军[28]根据在印度洋西北部海域2004年9月—2005年4月的生产调查资料，发现印度洋鸢乌贼的渔场主要分布在 60°E—61.50°E，15°N—16.50°N，作业渔场的适宜SST为25～29 ℃，该结果与本研究范围基本一致；另外周艳波等[29]认为SST、Chla浓度和海面高度 (Sea surface height, SSH) 与南海外海鸢乌贼分布有关，其中最适宜SST为25～31 ℃；徐红云[30]研究发现1—12月南海外海鸢乌贼渔场的SST介于25.6～29.3 ℃并呈现由南到北递减的趋势；李杰等[21]研究表明29.00～29.49 ℃适合南海中南部海域鸢乌贼的捕获，以上相关南海海域的研究结果有所差异，是因为调查海域的具体位置及调查时间不同，并且研究阿拉伯海外海鸢乌贼渔汛期为10月—翌年4月，调查期间SST介于27～29 ℃，而南海外海鸢乌贼全年均有作业，渔汛期间的SST介于25～31 ℃[29]，这导致南海外海鸢乌贼的SST范围较阿拉伯海外海的范围宽。

Chla浓度决定了浮游动物如桡足类、糠虾类等的分布，阿拉伯海外海海域丰富的浮游动物资源是鸢乌贼的重要饵料[16]，因此Chla浓度能在一定程度上影响鸢乌贼的分布。本研究中，阿拉伯海外海鸢乌贼的适宜 Chla质量浓度介于 0.30～0.50 mg·m−3。这与杨晓明等[2]以及余为和陈新军[31]的结论有一定差异，笔者推测是上述研究中所用渔具渔法为钓钩，因此渔获组成和个体差异等与灯光围网的渔获会存在一定差异。此外，由于阿拉伯海外海的海洋环境复杂，同时受到索马里海流和赤道海流的影响[32]，Chla浓度范围变化较大，2个航次的调查研究时间较短，而没有覆盖完整的鸢乌贼渔汛期。同时，通过对比南海外海鸢乌贼的相关研究，发现阿拉伯海外海鸢乌贼的最适Chla浓度范围高于南海外海[7,10,29-30]，也表明不同海域的相同物种会因为生境不同而产生一定差异。

SSTA，又称为SST异常，常用于捕捉SST在的异常变化特征，相关研究发现，当阿拉伯海外海渔场附近有上升流发生，会出现较大的SST梯度和Chla梯度变化，导致鱼群汇集从而形成渔场，而当上升流消失时，渔场消失[2]。环境因子中，SSTA对鸢乌贼CPUE的影响极其显著 (P≤0.001)，且关联度大于SST和 Chla。当SSTA小于0 ℃或大于0.4 ℃时，整体趋势与鸢乌贼CPUE呈现负相关关系，这与鸢乌贼作为头足类动物对SST的异常变动较为敏感这一生物学特性相一致，异常的温度变动不仅会影响头足类自身的生长[33]，还可能对饵料生物的丰度产生影响[16]。后期研究计划利用SSH分布和海洋环流等物理要素推测渔场的上升流情况，结合渔业生产调查资料以探究阿拉伯海外海鸢乌贼渔场的内在驱动因子，有利于今后合理地开发和利用阿拉伯海外海渔业资源。

4 结论

本文采用GAM模型分析了时空及海洋环境因子对阿拉伯海外海鸢乌贼CPUE的影响，初步探究了鸢乌贼CPUE变化与时空因子和SST等海洋环境因子的关系，并得出了相关结论，但仍有所不足：1) 本研究中虽然SST和Chla对CPUE有显著影响，但模型解释率并不高，这可能与经纬度在模型中偏差解释率较大有关[27]；2) 影响阿拉伯海外海鸢乌贼CPUE的环境因子可能不仅有SST、Chla和SSTA，也有其他表征海流或物理海洋过程的因子未被考虑；3) 本研究采用的是2个不同航次的探捕数据，虽然可以保证数据的真实性和准确性，但调查的经纬度范围未能覆盖整个西北印度洋渔场区域，调查时间也未能包含整个渔汛期，存在数据覆盖面窄的缺点。综上，在今后的研究中，建议将多年份及大面积的调查数据进行整合，包含整个西北印度洋的渔汛期和渔场，结合海洋环境数据开展深入的调查与重点分析，为今后该区域渔场系统的分析提供科学依据。