南海区拖网渔业发展趋势及其对渔业资源的影响

拖网是南海区海洋渔业生产最重要的渔具,拖网渔业在南海区海洋渔业生产中占主导地位。南海区拖网渔船数量从1986年的6730艘增长至2003年的14599艘,随后减少,2010年后基本维持在9000艘左右;其总吨位在212864~876045 t波动,呈显著上升趋势;而总功率从1986年的440438 kW上升至2005年的1735173 kW,之后呈下降趋势。1986—2020年单船平均吨位和功率均呈显著上升趋势。拖网渔船产量在59.24×10^(4)~181.66×10^(4)t之间波动,占南海区总捕捞产量的38.35%~62.96%,呈逐年下降趋势;单位功率和单位吨位的产量分别在0.72~1.40 t和1.18~3.90 t之间波动,1999年最高,之后呈下降趋势。根据8种重要经济鱼类幼鱼占比统计结果,1992—2020年底拖网渔获物中幼鱼生物量占比均值为24.35%~84.28%,数量占比均值为40.09%~89.84%,其中白姑鱼(Pennahia argentata)、带鱼(Trichiurus japonicus)和竹荚鱼(Trachurus japonicus)幼鱼比例最高。鉴于拖网渔业选择性不强,对幼鱼资源及海洋环境影响较大,建议逐步压减拖网渔船规模,严格执行网目尺寸和可捕规格制度,引导渔民使用资源节约型、环境友好型的作业方式,以利于近海渔业资源养护和可持续利用。

基于丰度指数和恢复力的渔业资源评估:以日本海和东海带鱼为例

为了解日本海和东海带鱼(Trichiurus japonicus)渔业资源状况,利用一种基于丰度指数的评估模型(Abundance maximum sustainable yields,AMSY)对2个海域的带鱼资源进行了评估。结果显示,2个海域的带鱼渔业在20世纪90年代至21世纪00年代的大部分时间里相对资源量水平(B/BMSY)低于1,而相对捕捞死亡水平(F/FMSY)高于1,处于过度捕捞状态。AMSY模型里相对最大可持续产量(MSYq)和MSY水平下的捕捞死亡系数(FMSY)等参数评估结果对不同内禀增长率(r)先验分布范围比较敏感,而B/BMSY和F/FMSY等生物学参考点评估结果对特定年份的相对资源量水平(Bt/k)先验分布范围的下限设置比较敏感。AMSY模型仅需要单位捕捞努力量渔获量(Catch per unit effort,CPUE)数据、评估对象的r和特定年份的Bt/k水平先验信息,可以评估基于MSY的生物学参考点(B/BMSY和F/FMSY),适合无统计产量数据的海域内渔业资源评估。

基于北斗船位数据的南海大型灯光罩网渔业研究

基于北斗船位数据的渔船监测系统可通过船位特征反映渔船作业特点,为渔业资源的开发管理提供科学依据。对2018年南海外海大型灯光罩网渔业进行了分析。结果显示,北斗船位监控系统共记录来自广东、广西、海南三省区的121艘大型灯光罩网渔船的8821681条船位记录,平均每天每艘船406条。北斗船位监控系统记录船位信息的频次在省份间存在差异,且外海明显多于近岸。根据船位数据可判断大型灯光罩网的作业天数及位置变化。其中渔船春季主要在南沙海区作业,夏季主要在珠江口外海作业,秋冬季在北部湾和中、西沙海区作业;2018年共作业19986 d,作业天数从高到低依次为春季7768 d(38.87%)、秋季4738 d(23.71%)、冬季4406 d(22.04%)、夏季3074 d(15.38%)。此外,还探讨了应用北斗船位监控系统监测大型灯光罩网渔船的优势与不足,得出利用北斗船位监控系统对南海大型灯光罩网渔船进行监测,可以快速、全面地掌握南海大型灯光罩网渔业的空间分布和动态变化。

南海区单船有袖单囊拖网网囊网目对金线鱼的选择性研究

金线鱼(Nemipterus virgatus)是南海区拖网渔业的重要经济种类。为提高拖网对金线鱼的选择性,在南海区使用套网法对网目尺寸分别为30、35、40和45 mm的4组网囊开展了试验。使用双重拔靴法拟合网囊对金线鱼的选择性参数和选择性曲线,比较网囊间的选择性差异,并估算网囊的捕捞方式指数。结果显示,随着网目尺寸的增大,50%选择体长(L50)增大,选择性曲线的置信区间变窄,网囊对金线鱼幼鱼的渔获比例减小。试验网囊的L50均小于金线鱼的开捕规格(15.0 cm),网囊对金线鱼的抛弃率大于67%。研究表明,增大网目尺寸能够优化网囊的选择性,但选择性仍需进一步提升,才能更好地促进金线鱼拖网渔业的可持续发展。

深水网箱网衣清洗装备关键部件设计及试验

针对我国深远海大型网箱养殖网衣清洗装备缺乏的难题,基于高压射流空化原理,研制了一种双体深水网箱网衣清洗装备。采用数学建模及物理试验方法,建立了清洗装备关键部件的水动力特性分析方程,开展清洗装备水下清洗试验,探究了不同工况下的喷嘴孔径、喷嘴与转盘夹角(喷嘴轴线与分流转盘盘面所呈角度)、靶距对清洗装备污损生物清洁率的影响。结果表明:网衣挂板污损生物去除率受靶距、喷嘴孔径、喷嘴和转盘夹角等多因素影响,试验参数范围内网衣清洗装备污损生物去除率为30.26%~72.55%;试验范围内喷嘴孔径为1.0 mm,喷嘴与转盘夹角为60°,靶距为0 cm时网衣挂板污损生物去除率最大,靶距对网衣挂板污损生物去除率的影响最为显著。贝类污损生物在清洗装备空化射流冲击作用下主要以壳体破碎形式脱落,网面主要残留物为具有较强吸附力的软质足丝盘。研究结果进一步优化了水下清洗装备系统的参数配置,为网衣清洗装备的设计提供了理论支撑。

基于Gazebo的深海网箱洗网机器人动力学仿真平台搭建

深海网箱养殖是重要的海水养殖模式,网箱网衣的定期清洗是确保养殖质量和安全的关键环节。目前,网衣普遍采用人工清洗,不仅费时费力,且随着深海网箱规格越来越大,人工方式难度显著提升。洗网机器人为深海网箱网衣清洗提供了更加安全、便捷的方式;然而,洗网机器人在贴网清洁和水下穿梭过程中,受力难建模、状态难观测,设计抗扰动能力强、能耗低的控制器困难,开展全面实验及数据记录成本高、时间长。针对上述问题,在物理仿真环境Gazebo的基础上,考虑了推进器和洗盘的存在,并分析了在水下环境中诸如附加质量、阻尼等各项水动力学特性以及流场环境等因素对洗网机器人的影响,构建了一套洗网机器人仿真系统,使得洗网机器人水下工作完备数据易获得、控制性能易验证、模型性能易对比,从而助力洗网机器人的控制器开发。

基于长度数据的南海北部深水金线鱼资源评估

深水金线鱼(Nemipterus bathybius)是南海北部重要的底层经济鱼类,但近年来其资源呈现过度开发的态势。利用2014—2019年在南海北部底拖网调查中采集的3059尾深水金线鱼生物学数据,使用基于长度的贝叶斯生物量评估(Length-based Bayesian biomass estimation method,LBB)和基于长度的繁殖潜力比(Length-based spawning potential ratio,LBSPR)2种数据缺乏条件下的资源评估模型,对其资源状况进行了评估,为其种群科学管理和可持续利用提供技术支撑。结果表明,2014—2019年南海北部深水金线鱼的渐近体长(Linf)、相对自然死亡率(M/K)和50%性成熟体长(L50)分别为23.7 cm、2.33和11.76 cm。LBB模型评估结果显示,其种群资源量水平(B/BMSY)、50%渔获长度与最适可捕长度的比值(Lc/Lc_opt)分别为0.89、0.85,表明深水金线鱼处于轻度过度开发状态和生长型过度捕捞状态。LBSPR模型评估结果显示繁殖潜力比(SPR)为0.19,说明深水金线鱼正处于过度捕捞状态。通过先验参数的不确定性分析,发现LBB和LBSPR对参数Linf的设置极为敏感,对参数M/K的设置比较敏感,因此在使用LBB和LBSPR模型进行评估时应谨慎设置以上2种参数。

重力式深水网箱系统参数化建模及应用

重力式深水网箱模型构建是开展网箱力学特性仿真分析的基础,在网箱仿真过程中占据绝大部分的工作量。为解决仿真过程中网箱建模过程繁琐、效率低下的问题,针对重力式深水网箱提出了一种参数化快速建模方案。首先根据网箱各部件特点进行参数化设计,然后编制建模程序并开发相应的操作界面,最终在OrcaFlex软件中实现重力式深水网箱模型的快速构建。工程应用实例测试表明,该程序能大幅提高网箱建模效率,方便开展重力式深水网箱工程计算,研究可为多规格重力式深水网箱仿真模型的快速构建及计算分析提供借鉴。

基于环境DNA的涠洲岛周围海域布氏鲸种群分布初探

鲸类作为海洋生态系统中的顶级捕食者,是维持海洋生态平衡和生态稳定的关键物种。广西涠洲岛布氏鲸(Ba-laenoptera edeni edeni)是中国近海唯一稳定出现的须鲸种群,但其栖息地分布现状尚不明确。由于布氏鲸活动能力强、分布范围广,目视监测难以进行稳定跟踪调查。基于此,结合环境DNA(Environmental DNA,eDNA)技术,监测了不同时期(2022年4月和2023年1月)涠洲岛布氏鲸栖息地的分布现状。研究发现,4月在布氏鲸的热点分布海域(涠洲岛—斜阳岛之间)目视和eDNA均发现布氏鲸存在(n=3),同时在涠洲岛西南海域也发现布氏鲸存在(n=2),其中有1个站位仅eDNA检测到;1月在布氏鲸的热点分布海域目视和eDNA均发现布氏鲸存在(n=1),涠洲岛东部海域仅eDNA检测到布氏鲸存在(n=1)。结果表明,eDNA技术相比目视具有更高的灵敏度,可用于验证布氏鲸的分布,同时发现涠洲岛东部和西南部海域是布氏鲸的潜在热点分布海域。该研究验证了eDNA技术在涠洲岛布氏鲸分布监测上的可行性,进一步明确了涠洲岛布氏鲸栖息地的分布现状,为其种群的高效监测和科学保护提供了基线信息。

基于水面红外图像的深海网箱鱼群夜间智能监测方法研究

获取深海网箱养殖过程鱼群活动数据,开展鱼群监测是提升深海养殖效率、降低养殖成本的有效手段。基于水面红外相机,利用深度学习前沿技术,提出了一种鱼群智能监测方法。该方法涉及鱼群识别及计数、鱼体分割和鱼体游向判断3个功能模块。首先,通过红外相机采集鱼类的图像信息,并进行标注以构建数据集,然后采用改进的Faster RCNN模型,以Mobilenetv2+FPN网络作为特征提取器,实现鱼类的准确识别,并输出包围框表征鱼类个体位置。其次,从框图内选择亮度前20%的像素点作为分割提示点,利用Segment Anything Model对图像进行分割,生成鱼体分割图。最后,通过对鱼体分割图进行椭圆拟合处理,可以判定鱼类的游向信息。改进的Faster RCNN模型在进行100次迭代训练后,平均精确率达到84.5%,每张图片的检测时间为0.042 s。结果表明,在水面红外图像的鱼类数据集上,所提出的改进Faster RCNN模型和椭圆拟合等关键技术能够实现对鱼群的自动监测。

基于DNA条形码技术的珠江口春季鱼卵和仔稚鱼种类组成和分布特征的研究

采用线粒体COⅠ和12S rRNA基因片段作为DNA条形码,分析珠江口春季鱼卵和仔稚鱼种类组成和分布特征,并探究两种条形码在鱼卵和仔稚鱼种类鉴定中的适用性。研究共扩增样本391个,成功鉴定的鱼卵和仔稚鱼共7目25科42属60种(2种未鉴定到种)。其中,以鲈形目(Perciformes)种类和数量最多,种类数占比为51.6%,数量占比为47.91%;其次为鲱形目(Clupeiformes),种类数占比为25%,数量占比为34.56%。优势种10种,其中凤鲚(Coilia mystus)优势度最高,为0.071;棘头梅童鱼(Collichthys lucidus)最低,为0.014。COⅠ和12S rRNA基因片段扩增结果显示,鱼卵和仔稚鱼12S rRNA基因片段扩增成功率(95.60%)明显高于COⅠ基因(43.22%)。遗传距离和ABGD分析显示,COⅠ基因种内遗传距离为0~0.005(平均0.003),种间遗传距离为0.061~0.376(平均0.253),两者间存在明显的“条形码间隙”,ABGD划分结果与数据库比对结果一致;12S r RNA基因种内遗传距离为0~0.011(平均0.007),种间遗传距离为0.007~0.487(平均0.283),龟(Chelon haematocheila)和前鳞龟(Chelon affinis)种间遗传距离与种内遗传距离不形成“条形码间隙”,ABGD将其划分为同一种。系统发育分析显示,在种的分类阶元,所有物种均能聚为独立分支,得到有效区分。综上,线粒体COⅠ和12S rRNA条形码可有效鉴定珠江口大多数鱼卵和仔稚鱼,但是COⅠ基因扩增成功率较低,12S rRNA基因部分近缘物种存在区分困难的情况,两种基因结合使用更能提高鱼卵和仔稚鱼种类鉴定的成功率和准确性。

南海北部近海中国枪乌贼分布与海洋环境关系的空间异质研究

头足类是最具开发潜力的渔业种群之一,然而其资源易受环境变化影响,复杂的交互作用致使二者空间关系呈现非均一性。中国枪乌贼(Uroteuthis chinensis)是南海北部近海重要的经济物种,且在渔业群落结构中占据优势种地位,故正确理解与掌握该物种资源-环境关系的空间特征,有助于该资源的保护与利用。基于南海北部近海2014年夏季的渔业资源调查数据,构建了地理权重回归模型(Geographical weighted regression,GWR),探索该海域中国枪乌贼的资源分布与海洋环境关系的空间特征,阐述主要影响因子。模型评价指标结果表明,GWR的最小赤池信息准则(Akaike Information Criterion,AIC)和校正决定系数(Adjusted R-Squared,)分别为224.81和0.46,均优于传统的全局线性回归模型,因此前者能更真实地反映中国枪乌贼资源-环境关系的空间异质性。整个海域,叶绿素a对资源的影响为正负效应共存,而其余环境变量与资源均为正效应关系。资源分布在广东近海主要受海表盐度、海表温度和叶绿素a影响,后两者分别为粤西和珠江口—粤东海域的首要影响因子,而北部湾则仅受水深显著影响。在主导环境因子影响下,中国枪乌贼资源密度区域分化特征明显,尤其是珠江口—粤东海域与其他海域差异显著。地理权重回归模型可为探索和理解复杂头足类资源与环境关系的局部特征提供有效手段。

南海蛇牙龙鰧属新记录--克氏蛇牙龙鰧(Kali kerberti)

2021年5月于南海中层渔业资源调查中采集保存鱼类样本1尾,依据其形态特征,鉴定为克氏蛇牙龙鰧(Kali kerberti)。蛇牙龙鰧属(Kali)隶属于鲈形目,叉齿鱼科,其突出特征为:体延长、侧扁,口大;前颌骨和齿骨具齿2行,内列齿向后弯曲、獠牙状;下颌前端联合处未骨质化;体裸露、无皮刺。克氏蛇牙龙鰧鉴别特征为:颅骨脆弱,上下颌弯曲、具鳃耙;前颌骨内列齿和齿骨中列齿显著延长、獠牙状;前颌骨内列齿5~6枚,其中4~5枚獠牙状齿;齿骨内列齿4~5枚。该调查首次在南海采集到蛇牙龙鰧属克氏蛇牙龙鰧,为南海的新记录属和新记录种,可为南海叉齿鱼科鱼类的研究提供资料。

南海深海鱼类一新记录种——鞭尾鱼

2016年11月至2020年7月在南海海域采集管眼鱼6尾,经形态特征鉴定为月鱼目、鞭尾鱼科、鞭尾鱼属(Stylephorus)、鞭尾鱼(Stylephorus chordates)。鞭尾鱼主要鉴别特征为:体长,侧扁。眼大,呈望远镜状,朝前或朝上。吻小,管状,口有特别大的伸缩能力。背鳍从颈背部延伸至尾鳍基部。尾鳍分明显的上叶和下叶,下叶2鳍条极度延长。鞭尾鱼在南海海域的发现是该科、该属、该种鱼类在中国海域的首次纪录。

基于宏条形码技术的南海亮眶灯鱼食性初步分析

食性研究是鱼类生物学和生态学研究的重要内容,是进行渔业资源开发和管理的基础。以南海亮眶灯鱼(Diaphus splendidus)为研究对象,提取其胃含物DNA,选用线粒体基因细胞色素C氧化酶亚基I(Mitochondrial cytochrome oxidase subunit I,COI)作为分子标记进行扩增,通过高通量测序鉴定其食物组成。结果显示,亮眶灯鱼胃含物中共鉴定出饵料生物34种,隶属于5门7纲11目18科29属。亮眶灯鱼食物组成包括介形类、桡足类、端足类、鱼类、水母类、磷虾类、翼足类和多毛类。其中介形类、桡足类和端足类是其食物组成中的优势类群,这些优势类群与形态学鉴定方法的结果基本一致,此外还检测出形态学方法未鉴定到的水母这一食物类群。研究表明宏条形码技术适用于南海亮眶灯鱼的食性分析,且比基于形态学的食性分析具有更高的鉴别潜力。

基于线粒体COI和12S rDNA基因构建珠江河口鱼类DNA宏条形码数据库

为建立珠江河口鱼类本底DNA条形码数据库,为珠江河口鱼类种类识别和多样性研究提供信息化基础,于2020—2021年在珠江河口采集鱼类样本251尾,测定了6目10科41属99种鱼类的219条线粒体COI基因5'端的652 bp序列和247条线粒体12S rDNA基因5'端的163~185 bp序列。同时,从GenBank数据库下载珠江河口鱼类COI序列165条和12S rDNA序列128条,共获得172种鱼类的384条COI序列与375条12S rDNA序列,初步构建了珠江河口鱼类条形码数据库。研究发现:COI序列种内平均遗传距离为0.20%,种间平均遗传距离为25.54%;12S rDNA序列种内平均遗传距离为0.12%,种间平均遗传距离为34.39%。基于COI基因的DNA条形码可形成明显的条形码间隙;而基于12S rDNA基因的DNA条形码不能形成明显的条形码间隙,11个物种(占总种类的6.4%)存在区分困难的情况。珠江河口鱼类DNA条形码数据库的建立,有利于推进该河口鱼类生态系统的环境DNA分析,并为珠江河口鱼类生物多样性的保护和种群动态监测提供可靠的技术支持。

气候变化对海洋鱼类群落结构的影响研究进展

全球气候变化影响着海洋生态系统的多个方面,而鱼类群落结构对气候变化的响应机制是探索海洋生态系统演变规律的关键点之一。本文结合国内外相关研究成果,概述了气候变化引起的温度、盐度、CO_(2)浓度、海平面高度、溶解氧以及海流等的改变对鱼类群落结构的影响,并以太平洋十年涛动(Pacific Decadal Oscillation,PDO)和厄尔尼诺−南方涛动(El Niño Southern Oscillation,ENSO)等典型气候现象为例,探讨了鱼类群落对典型气候现象的响应,讨论了需要解决的重点问题,以期为科学应对气候变化和制定海洋生物多样性保护策略提供依据。

西沙群岛冷泉区中层鱼类群落结构初探

为了解冷泉生态系统鱼类种类组成,以及为相关区域的生物多样性保护和监测工作提供科学依据。采用中层拖网对西沙群岛冷泉海域内外区域中层鱼类资源进行调查,共采集鱼类12目31科62属106种,以灯笼鱼目和巨口鱼目为最主要类群。其中,冷泉海域11目30科54属84种;冷泉外海域6目13科32属60种。冷泉海域内外区域共有鱼类38种,共有优势种为斯氏蝰鱼(Chauliodus sloani)、尾明角灯鱼(Ceratoscopelus warmingii)、喀氏眶灯鱼(Diaphus garmani)。Jaccard种类相似性指数(I)表明,冷泉海域内外区域中层鱼类种类相似度为中等不相似(I=35.8%)。鱼类群落的平均分类差异指数(Δ+)冷泉海域显著大于冷泉外海域(P<0.01),但鱼类群落的分类差异变异指数(Λ+)冷泉海域小于冷泉外海域(P<0.01)。从水层分布来看,冷泉海域内外中层鱼类群落物种组成存在明显差异(P<0.01);表层水域中层鱼类多样性冷泉区低于冷泉外部,而深层水域则相反。冷泉内外不同站位的群落组成之间在水层及时间上存在相关性,冷泉内部的白天深层和夜间深层相似性较高;冷泉内部夜间表层和冷泉外部夜间表层相似性较高。研究结果初步显示,冷泉内外中层鱼类群落组成差异显著,冷泉区中层鱼类种类更多,且深层水域的种类多样性较高;区分冷泉内外海域中层鱼类群落的关键种群为长鳍虹灯鱼(Bolinichthys longipes)和串灯鱼(Vinciguerria nimbara)等8种,累计贡献度达到56.06%。

南海北部拖网对蓝圆鲹的选择性研究

为确定南海拖网最小网目尺寸标准的适应性,采用套网法在南海北部对网目尺寸分别为30、35、40和45 mm的菱形网目(分别以D30、D35、D40和D45表示)进行了选择性试验。使用Logistic和Richards模型分别拟合了不同网目网囊下蓝圆鲹(Decapterus maruadsi)的选择性曲线,并通过比较两种模型的偏差和自由度确定最佳拟合曲线。结果显示,Logistic曲线对D30、D35和D45网囊的拟合效果更好,而Richards曲线对D40网囊的拟合效果更好。D30、D35、D40和D45网囊对蓝圆鲹的50%选择叉长(50%retention fork length,L_(0.5))分别为12.43、12.88、13.60和16.79 cm,选择范围(Selection range,SR)分别为8.45、6.75、6.08和2.19 cm。随着网目尺寸的增大,蓝圆鲹的L_(0.5)逐渐增加,而SR逐渐减小。根据蓝圆鲹的L_(0.5)和网目大小关系式计算得出的最小网目尺寸为41.39 mm。为保护蓝圆鲹等中小型经济鱼类,建议将南海拖网菱形网囊最小网目尺寸设定为45 mm。

珠江河口水体环境DNA提取方法的建立及优化

近年来,环境DNA(eDNA)技术广泛应用于水生生物多样性研究。以珠江河口咸淡水生态系统为研究区域,采用滤膜法富集eDNA,选取直径47 mm、孔径0.45μm的硝酸纤维膜、醋酸纤维膜、玻璃纤维膜和聚碳酸酯膜共4种材质的滤膜,采用4种滤膜保存方法,结合2种试剂盒提取eDNA,评估不同组合方案对eDNA提取效果的影响。结果显示,滤膜材质和保存方法对eDNA产量具有显著影响;其中,醋酸纤维膜获取的eDNA浓度最高。在DNA提取物质量相当的情况下,海洋动物组织基因组DNA提取试剂盒提取的eDNA浓度高于DNeasy Blood and Tissue kit试剂盒。在不同保存条件下,“液氮”保存法获取的eDNA浓度最高。在不具备冷冻条件时,可添加乙醇,常温保存滤膜。采样后立即过滤水样能够有效防止eDNA降解。文章建立了珠江口咸淡水生态系统水样eDNA的获取、保存和提取方案,可为相似水域的eDNA研究提供参考。