新編-【大學課件】海洋漁業(yè)資源的科學管理

1、第十一章 海洋漁業(yè)資源的科學管理 學習目的掌握可更新自然資源的特點、持續(xù)產量和最大持續(xù)產量的概念；了解傳統(tǒng)漁業(yè)資源管理模式及有關的持續(xù)產量模型、動態(tài)庫模型，明確傳統(tǒng)漁業(yè)資源管理模式的局限性；掌握大海洋生態(tài)系的基本概念和管理目標，了解生態(tài)系統(tǒng)動力學基本理論及其對海洋生物資源開放利用和管理的意義，了解海洋增養(yǎng)殖業(yè)的基本原理和實踐上存在的問題。 docin/sundae_meng第一節(jié) 傳統(tǒng)的漁業(yè)資源管理模式 一、持續(xù)產量和最大持續(xù)產量的原理 （一）持續(xù)產量和最大持續(xù)產量 持續(xù)產量（sustainable yield）就是在生態(tài)環(huán)境基本穩(wěn)定的條件下，每年從該種群資源中捕撈一定的數(shù)量而不影響資源量繼續(xù)

2、保持在一定的水平上，這種漁獲量可以年復一年的獲得就稱為持續(xù)產量或平衡漁獲量也稱剩余產量。 docin/sundae_meng 一個漁業(yè)種群生物量的自然增長量（dBdt，即種群剩余生產部分）與種群大小（B）有關。當種群生物量處于極低水平（B 0）或達到最大（B = B）時，dBdt為零；當種群為中等大小時，dBdt最大圖11.l 種群大小與漁業(yè)產量關系示意圖B為種群生物量，B為最大種群生物量（引自 Pitcher & Hart 1982） 最大持續(xù)產量 置換線 “剩余生產部分” = 持續(xù)產量 B B2 B1 docin/sundae_meng在每一生物量水平上(低于環(huán)境最大負載量)都有一個持續(xù)產

3、量 最大持續(xù)產量（maximum sustainable yield，MSY）：海洋漁業(yè)資源科學管理的目標docin/sundae_meng捕撈力量或稱捕撈努力量（fishing effect）通常是指特定時間內投入漁業(yè)的捕撈生產工具設備的數(shù)量和強度，網(wǎng)目大小則與種群中被捕撈的年齡有關。 （二）捕撈力量、網(wǎng)目大小與持續(xù)產量的關系捕撈力量f 平衡漁獲量Y c a b 圖11.2 不同種類的總漁獲量和捕撈力量的關系 p n m 平衡漁獲量Y 捕撈力量f 0 圖11.3 同一種類不同網(wǎng)目的捕撈力量和總漁獲量的關系 0 docin/sundae_meng 如果捕撈量超過種群本身的自然增長能力，將導致資

4、源量不斷下降，表現(xiàn)在總漁獲量和單位捕撈力量漁獲量隨捕撈力量的增加而減少，同時捕撈對象的自然補充量也不斷下降，引起資源衰退（甚至最終形成不了漁汛） 。生物學捕撈過度： 生長型捕撈過度：過度捕撈小個體 補充型捕撈過度：過度捕撈親體經濟學捕撈過度（三）過度捕撈（overfishing）docin/sundae_meng 有關漁業(yè)管理的數(shù)學模型很多，其目的均為在可持續(xù)利用的前提下，盡可能獲得最大產量。 剩余產量模型為其中較為簡單 一種，其特點是只考慮產量因素。 1在未開發(fā)利用的情況下 種群增長模式可表達為： dB/dtrB（BB）/ B 上式為拋物線圖形 二、持續(xù)產量模型（sustainable yi

5、eld model）0 B/ 2 B dB/dt 圖11.4 未開發(fā)利用時自然增長率與生物量的關系 docin/sundae_meng 要使 dB/dt 達到最大值，只要對其求導并令其為零：d2B/dt2 rB2rB0 ，得： B B/2 時增長速率最快2在開發(fā)利用的情況下，種群的增長速率還受捕撈的影響設捕撈死亡系數(shù)為F，則： dB/dtrB（BB）/ B FB （F：捕撈死亡系數(shù)）假設捕撈死亡系數(shù) F 與捕撈力量 f 成直線正比，即F q f （ q ：可捕系數(shù)） dB/dtrB（BB）/ B q f B q f B rBrB2/ B時， dB/dt0，種群生物量不變， 達持續(xù)產量或平衡漁獲

6、量，以Y 表示。 docin/sundae_meng持續(xù)產量模型：Y f q B r B rB2/ B（表示平衡狀態(tài)下漁獲量與種群生物量呈拋物線關系，此外 Y 有多個 ）由于實際現(xiàn)存的生物量難以確定，將Y-B關系轉換為Y-f 關系：由Y f q B r BrB2/ B，得：B B f q B / r，代入上式得： Y f qB f q（Bf q/r）（qB）f（q2 B / r）f 2表明在平衡狀態(tài)下，平衡漁獲量與捕撈力量亦呈拋物線關系。 設 a q B ， b q2 B/ r 即 Y a f b f 2 或 Y / f a bf 表明平衡狀態(tài)下，單位捕撈力量漁獲量與捕撈力量為線性關系。 3M

7、SY與fMSY 由Y a f b f 2求Y最大值，須令 dY /df a 2bf 0得：f fMSY a / 2br B / 2q，MSY a2 / 4b r B2 / 4只要算得參數(shù)a、b就可計算得MSY及其相應的fMSY docin/sundae_meng4、參數(shù)估算（1）f 標準化：用于當量計算標準船、作業(yè)時間、網(wǎng)次（2）估算原理：根據(jù)平衡狀態(tài)下單位捕撈力量漁獲量與捕撈力量為線性關系，進行直線回歸如果獲得平衡狀態(tài)下的第i年平衡漁獲量Yi 及其相應的捕撈力量f i的資料?？筛鶕?jù)Yi / f i a b f i 進行回歸 應用上的主要問題：Yi 與 f i 是否處于平衡狀態(tài)難以確定，可能出

8、現(xiàn)f 不斷變化，難以達穩(wěn)定或f 一直不變，始終處于一點平衡的狀況。docin/sundae_meng“一年滯后法” 原理：種群在外來壓力下，有恢復到平衡狀態(tài)的能力或趨勢Y（i1） / f （i1） a bfi “一年滯后法”的推廣5、評述：優(yōu)點：不需要鑒定研究對象的年齡、生長率、出生率、死亡率和補充率等參數(shù)，只要有多年的漁獲量和捕撈力量資料，即可滿足計算要求 ，簡便，適合一些生活史短，年齡鑒定困難的種類。缺點：不易獲得數(shù)據(jù)；人為與自然因素影響較多。docin/sundae_meng 動態(tài)庫模型把種群作為個體的總和，處于連續(xù)的補充、生長與死亡之中，通過分析這些因素與人類捕撈的關系，作出模型，指導

9、捕撈。又稱為單位補充群體產量模型。 （一）同齡群體在生命周期中的數(shù)量和生物量變動 原因：平衡狀態(tài)下，一個種群一年內提供的漁獲量等于一個同齡群體一生所提供的漁獲量。 對某一魚類種群中的同齡群體，其一生中的數(shù)量因死亡隨年齡增加而減少；各年齡組的平均體重由于生長隨年齡的增加而增加到最大體重。 生物量（數(shù)量乘以個體平均重量）呈開始增加，至最大值后又逐漸下降的過程，同齡群體在其生命周期中所能提供的捕撈量也隨之不斷變化。 三、動態(tài)庫模型（dynamic pool model） docin/sundae_meng 圖11.5 魚類種群同齡群體在其生命期間數(shù)量和重量的變化 同齡群體總體重 最大體重（W） 數(shù)量

10、或重量 補充年 齡（t r） 捕撈年 齡（t c） 年齡（t） 個體體重Wtdocin/sundae_meng 通過分析補充、生長與死亡選擇何時抓，捕撈力量多大。設某一時期初資源重量為P1，這一時期末資源重量為P2，則： P2 P1 （R G）（F M） R：因繁殖增加的資源量（補充量），G：因生長而增加的重量，F(xiàn)：因捕撈而減少的生物量，M：因自然死亡而減少的生物量。 要維持持久產量，就要使這種群保持平衡，即P2 P1，必須：R G F M 在資源未利用時期內，生產量和補充量與自然死亡相平衡。當開始利用資源時還要考慮捕撈造成的死亡損失。 docin/sundae_meng（二）補充量 t r為

11、進入補充群的年齡（人為確定），t c為開始被捕撈的年齡（網(wǎng)目大?。?，t 為該魚種群的最大年齡。 t c t r t t c 由于補充量預報困難，在動態(tài)庫模型中，主要是研究單位補充漁獲量（YR）模型，而不是產量（Y）模型。即估算單位補充最大持續(xù)產量MYR（maximum yieldrecruit），而不是最大持續(xù)產量MSY。 補充時期 捕撈階段 未捕撈階段 t c t t r 未補充 時 期 年 齡t 圖11.6 魚類種群生命周期示意圖 docin/sundae_meng 1、經驗公式：伯塔蘭菲（Von Bertalanffy）體重增長方程式可表示為：Wt：年齡t的平均體重；W：隨年齡增長而增長

12、的漸近體重；K：生長曲線的曲率，決定趨向W的變動率的一個常數(shù)；t0：體重為零時的理論年齡，小于零。 Wt W1eK ( t t 0 )3 （三）魚類的生長 docin/sundae_meng2、生長參數(shù)計算： 由體重生長方程式可推導得： 體重W 0 時間t W 圖11.7 魚類體重生長曲線 docin/sundae_mengZFM 為簡化，模型假設M是常數(shù)，討論如何控制F達到合理開發(fā)。1自然死亡系數(shù) dN /dtMN t 定積分，得： N t N 0 eM ( tt0) 設t 0為生命周期開始時間，t 00，則上式為：N t N0 eM t 在補充年齡為t r，補充量為R 時： N t ReM

13、 ( ttr) 2捕撈死亡系數(shù) 當M 0 N t N 0 eF t 3總死亡系數(shù) 在捕撈階段， N t N 0 e(F+M ) t （四）魚類的死亡 docin/sundae_meng當捕撈的最初年齡為tc ，年齡tc時數(shù)量為R 則：N t Re(F+M ) ( ttc)或N t R eZ (ttc) 瞬時總死亡系數(shù)的估算及其分離： （1）瞬時總死亡系數(shù)Z的估算 單位捕撈力量漁獲量：CPUE Y/ fCPUE是某水域中魚類分布密度的指標數(shù)，所以它可以用來表示漁場中種群數(shù)量大小的相對特征值，即平均相對種群數(shù)量的指標。 假設漁獲量與種群數(shù)量成正比設t1 時， CPUE是n0，種群數(shù)量N0；t1 時

14、， CPUE是n1，種群數(shù)量N1 則n0 /n1N0 /N1由N t N 0 e(F+M ) t，得N 1 N 0 e(F+M ) docin/sundae_mengN0 /N1e(F+M ) e t ln（N0 /N1） F+M Z ln（ n0 /n1 ）同一世代t齡到t 1齡的總死亡Z ：Z ln（Yt / ft ）/（ Y（t+1）/ f（t+1）（2）瞬時自然死亡系數(shù)和瞬時捕撈死亡系數(shù)的分離 Z F M 若能估算出M ，即可求得F根據(jù) Z q f M設q、 M為常數(shù)，通過一系列Z與f ，經直線回歸，可得出。上述各方程參數(shù)的估算需用一些實踐參數(shù)，包括年齡鑒定、各年齡體重、各年齡數(shù)量、捕

15、撈力量和漁獲量。docin/sundae_meng（五）動態(tài)庫模型 公式中，W、M、t0、K是常數(shù)，需求出；F、 、是變量，而、由tc決定，因此公式本質上反映了YW與F、 tc的關系。由模型作圖，得等產量曲線。模型推導：在一定捕撈強度下，某世代群體在t齡時的可能漁獲量YW和相應的捕撈死亡系數(shù)F，可用微分方程表示： dYW /dt F N t Wt docin/sundae_meng15 14 12 10 8 6 4 2 0 t F 圖11.8 北海鰈的等產量曲線圖 docin/sundae_meng 傳統(tǒng)管理模式往往以環(huán)境保持基本穩(wěn)定為前提條件，但海洋生態(tài)過程是動態(tài)過程，許多生態(tài)因子（自然與人

16、為）始終處于變動之中，都會對漁業(yè)產量產生影響。四、傳統(tǒng)漁業(yè)資源管理模式的局限性 docin/sundae_meng第二節(jié) 大海洋生態(tài)系的管理 一、大海洋生態(tài)系的內涵 （一）大海洋生態(tài)系的一般概念 1984年，美國海洋大氣局的K. Sherman和羅得島大學的L. Alexander首先提出大海洋生態(tài)系（large marine ecosystems，LMEs）的概念：l大海洋生態(tài)系的面積一般要在20萬km2以上，主要包括從沿岸到陸架邊緣水域； 2具有獨特的海底深度、海洋學特征和生產力特征； 3生物種群具有適宜的繁殖、生長和營養(yǎng)（食物鏈）的依賴關系，組成一個自我發(fā)展的循環(huán)系統(tǒng)；4對污染、人類捕撈

17、和海洋環(huán)境等因素的壓力具有相同的影響和作用。docin/sundae_meng 大海洋生態(tài)系的觀點使海洋綜合管理(主要是資源和環(huán)境管理)從行政區(qū)劃管理走向生態(tài)系統(tǒng)管理。有利于跨國研究、監(jiān)測、管理和持續(xù)利用海洋生物資源，已引起各國的廣泛關注和積極響應。 現(xiàn)在大海洋生態(tài)系的概念有所擴展，不再強調20萬km2的面積，事實上有少數(shù)大海洋生態(tài)系的面積不到 10萬km2 。 目前全球已確定諸如波羅的海、地中海、我國東海、黃海等50個大海洋生態(tài)系，大多數(shù)大海洋生態(tài)系面臨捕撈過度、環(huán)境污染嚴重、海洋生物棲息地質量下降等問題的困擾docin/sundae_meng人為因素：1、人類不合理捕撈活動是導致大海洋生態(tài)

18、系變化的重要原因。 2、污染成為系統(tǒng)外部人為影響的另一重要因素。 3、沿岸大型海岸工程建設會導致變水流方向改變、加快淤泥沉積和阻斷溯河魚類的洄游通道等。 （二）影響大海洋生態(tài)系質量的因素docin/sundae_meng自然因素： 1、全球氣候異常 2、海流流向改變 3、“自然獵捕” 大海洋生態(tài)系的質量主要以系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生產力水平為判斷的依據(jù)。 Sherman博士等人提出5個指數(shù)評價海洋生態(tài)系的健康：生物多樣性、穩(wěn)定性、產量、生產力和彈性。docin/sundae_meng（一）管理目標 世界海洋漁業(yè)的管理方向將由過去的開發(fā)型向管理型轉變，從單種到多種資源管理并向著整體、系統(tǒng)水平發(fā)展。大海洋

19、生態(tài)系管理的基本目標包括： 1持續(xù)利用海洋生物資源 2保護業(yè)已衰退的某種漁業(yè)資源3最終實現(xiàn)增加經濟效益和漁民收入的目標。 （二）大海洋生態(tài)系管理的實踐與存在問題 資源保護：控制捕撈力量、擴大網(wǎng)目和禁漁期、禁漁區(qū)等 資源增殖：種苗放流和保護幼魚、投放人工魚礁以吸引魚類和防止有害的拖網(wǎng)作業(yè)等方面采取一些措施。 二、大海洋生態(tài)系的管理目標與實踐 docin/sundae_meng主要的問題： 1、如何做好不同國家之間的合作與協(xié)調 單個國家容易管理，如澳大利亞，南極 國家內部不同部門的利益協(xié)調2、還有另外一些必須深入研究的重要課題 一些種群存活、生長、繁殖、分布等情況及影響因素還不清楚。 大海洋生態(tài)系

20、出現(xiàn)的問題不是靠短期的、局部的努力就能解決的,甚至不是一個國家單獨能解決的。UNDP、UNEP、FAO、和World BankI等國際組織以及美國國家海洋大氣局(NOAA)正在推動大海洋生態(tài)系國際計劃。docin/sundae_meng大海洋生態(tài)系的管理過程分為4個階段：1、收集歷史資料、綜合分析、評估生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀；2、管理規(guī)劃，在綜合分析了解生態(tài)系統(tǒng)的基礎上，制定生態(tài)系統(tǒng)綜合管理的目標和詳細的實施方案，分析社會經濟效益；3、實施管理方案，包括進行連續(xù)的、長期的、大尺度的監(jiān)測；4、管理計劃的反饋階段，根據(jù)實際行動結果適時調整實施方案。docin/sundae_meng研究背景及目的： 在世界面

21、臨著人口、資源及環(huán)境三大問題的今天，海洋資源的開發(fā)、海洋環(huán)境的保護與利用等已成了各沿海國家普遍關注的問題三、生態(tài)系統(tǒng)動力學研究 基本目的是為保護海洋環(huán)境及海洋資源的開發(fā)利用提供理論依據(jù)，生態(tài)系統(tǒng)動力學是大海洋生態(tài)系管理的理論基礎。 docin/sundae_meng “全球海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學研究計劃（GLOBEC）”已于2019年被確定為國際地圈生物圈計劃（IGBP）的核心計劃。 目標：提高對全球海洋生態(tài)系統(tǒng)及其主要亞系統(tǒng)的結構、功能以及它對物理壓力響應的認識，預測海洋生態(tài)系統(tǒng)對全球變化的響應。 主要任務包括：（1）認識多尺度的物理環(huán)境過程如何強迫大尺度的海洋生態(tài)系統(tǒng)變化；（2）確定生態(tài)系統(tǒng)結

22、構與海洋系統(tǒng)動態(tài)變異之間的關系，重點研究營養(yǎng)動力學通道、它的變化以及營養(yǎng)質量在食物網(wǎng)中的作用；（3）使用物理、生物、化學耦合模型確定全球變化對群體動態(tài)的影響；（4）通過定性、定量反饋機制確定海洋生態(tài)系統(tǒng)變化對整個地球系統(tǒng)的影響。docin/sundae_meng GLOBEC實施計劃由國際核心研究計劃、區(qū)域研究計劃和國家研究計劃三個部分分別進行又相互銜接。 海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學研究還處于剛起動階段，中國是開展這方面研究較早的國家之一，目前國家層次的GLOBEC正在實施。 我國近海海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學研究目標的核心是認識海洋生態(tài)系統(tǒng)的變化規(guī)律，并量化其動態(tài)變化，以生態(tài)系統(tǒng)的關鍵物理過程、化學過程和生

23、物生產過程及其相互作用進行重點研究和建模，對生物資源開發(fā)利用的可持續(xù)性進行探討和預測。docin/sundae_meng優(yōu)先研究的領域包括：（1）生態(tài)系統(tǒng)結構、生產力和容納量評估研究。（2）關鍵物理過程研究。（3）生源元素生物地球化學循環(huán)和生物生產過程研究。（4）食物網(wǎng)和營養(yǎng)動力學研究。（5）生物資源補充量動態(tài)和優(yōu)勢種交替機制研究。（6）生態(tài)系統(tǒng)健康狀況評估與可持續(xù)性優(yōu)化技術。（7）生態(tài)系統(tǒng)動力學建模與預測。 docin/sundae_meng第三節(jié) 海洋水產生產農牧化 一、海洋生產農牧化的原理 增殖放流就是根據(jù)自然種群補充過程各階段中，幼體的死亡率最高這一規(guī)律，通過人工繁殖苗種，經過中間飼養(yǎng)

24、后放流的方法可提高幼體在海區(qū)的成活率，也就是等于人為地提高資源種群的補充量。 “耕海漁業(yè)”則是在港灣或池塘利用天然餌料（營養(yǎng)）或以人工投餌方式進行的“圈養(yǎng)式”養(yǎng)殖生產。 docin/sundae_meng 二、實踐狀況 我國早就對某些海洋生物（如縊蟶、牡蠣、蚶等）進行過人工或半人工養(yǎng)殖，近幾十年來，海洋水產養(yǎng)殖業(yè)有很大的發(fā)展。 藻類：海帶養(yǎng)殖南移，年產量已經達到200萬噸（濕重），紫菜、裙帶菜、江蘺等大型海藻的養(yǎng)殖也有一定規(guī)模。 貝類：貽貝、扇貝、牡蠣、菲律賓蛤仔 對蝦：20年前開始發(fā)展，長毛對蝦、中國對蝦、日本對蝦、斑節(jié)對蝦、南美白對蝦等。 魚類：近年來內灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖發(fā)展很快，主要養(yǎng)殖對象是一些產量和價值都較高的種類，如石斑魚、真鯛、黃花魚、牙鲆等。 在海洋牧業(yè)方面，我國還處在起步階段，已有一些種類（如對蝦、海蜇）進行苗種放流實踐。 docin/sundae_meng三、目前面臨主要問題過度養(yǎng)殖、病害嚴重、養(yǎng)殖品種品質退化、對野生種群的影響等等四、解決途徑的研究1、倡導生態(tài)養(yǎng)殖、防止病害爆發(fā)2、開展養(yǎng)殖容量的研究容量：一個特定種群在