海洋生态学 第12章 过度捕捞与海水养殖问题及渔业管理

1、第十二章第十二章 过度捕捞与海水过度捕捞与海水 养殖问题及渔业管理养殖问题及渔业管理 学习目的学习目的 n掌握可更新自然资源的特点、持续产量和最大持续产掌握可更新自然资源的特点、持续产量和最大持续产 量的概念；量的概念； n了解传统渔业资源管理模式及有关的持续产量模型、了解传统渔业资源管理模式及有关的持续产量模型、 动态库模型，明确传统渔业资源管理模式的局限性；动态库模型，明确传统渔业资源管理模式的局限性； n掌握大海洋生态系的基本概念和管理目标，了解生态掌握大海洋生态系的基本概念和管理目标，了解生态 系统动力学基本理论及其对海洋生物资源开放利用和系统动力学基本理论及其对海洋生物资源开放利用和

2、 管理的意义，了解海洋增养殖业的基本原理和实践上管理的意义，了解海洋增养殖业的基本原理和实践上 存在的问题。存在的问题。 第一节第一节 传统的渔业资源管理模式传统的渔业资源管理模式 一、持续产量和最大持续产量的原理一、持续产量和最大持续产量的原理 （一）持续产量和最大持续产量（一）持续产量和最大持续产量 n持续产量（持续产量（sustainable yield）就是在生态环境基就是在生态环境基 本稳定的条件下，每年从该种群资源中捕捞一定的数本稳定的条件下，每年从该种群资源中捕捞一定的数 量而不影响资源量继续保持在一定的水平上，这种渔量而不影响资源量继续保持在一定的水平上，这种渔 获量可以年复一

3、年的获得就称为持续产量或平衡渔获获量可以年复一年的获得就称为持续产量或平衡渔获 量也称剩余产量量也称剩余产量。 一个渔业种群生物量的一个渔业种群生物量的 自然增长量（自然增长量（dBdt， 即种群剩余生产部分）即种群剩余生产部分） 与种群大小（与种群大小（B）有关。）有关。 n当种群生物量处于极低当种群生物量处于极低 水平（水平（B 0）或达到）或达到 最大（最大（B = B）时，）时， dBdt为零；为零； n当种群为中等大小时，当种群为中等大小时， dBdt最大最大 图图 11.l 种群大小与渔业产量关系示意图种群大小与渔业产量关系示意图 B为种群生物量， 为种群生物量，B为最大种群生物量

4、为最大种群生物量 （引自（引自 Pitcher & Hart 1982） 最大持续产量最大持续产量 置换线置换线 “剩余生产部分剩余生产部分” = 持续产量 持续产量 B B B2 B1 n在每一生物量水平上在每一生物量水平上(低于环境最大负载量低于环境最大负载量)都都 有一个持续产量有一个持续产量 n最大持续产量（最大持续产量（maximum sustainable yield， MSY）：海洋渔业资源科学管理的目标）：海洋渔业资源科学管理的目标 n捕捞力量或称捕捞努力量（捕捞力量或称捕捞努力量（fishing effect）通常是指特定时间）通常是指特定时间 内投入渔业的捕捞生产工具设备的

5、数量和强度，网目大小则内投入渔业的捕捞生产工具设备的数量和强度，网目大小则 与种群中被捕捞的年龄有关。与种群中被捕捞的年龄有关。 （二）捕捞力量、网目大小与持续产量的关系（二）捕捞力量、网目大小与持续产量的关系 捕捞力量捕捞力量 f 平衡渔获量平衡渔获量 Y c a b 图图11.2 不同种类的总渔获量不同种类的总渔获量 和和捕捞力量的关系捕捞力量的关系 p n m 平衡渔获量平衡渔获量 Y 捕捞力量捕捞力量 f 0 图图11.3 同一种类不同网目的捕捞力量同一种类不同网目的捕捞力量 和总渔获量的关系和总渔获量的关系 0 有关渔业管理的数学模型很多，其目的均为在可持续利有关渔业管理的数学模型很

6、多，其目的均为在可持续利 用的前提下，尽可能获得最大产量。用的前提下，尽可能获得最大产量。 剩余产量模型为其中较为简单剩余产量模型为其中较为简单 一种，其一种，其特点是只考虑产量因素特点是只考虑产量因素。 1 1在未开发利用的情况下在未开发利用的情况下 种群增长模式可表达为：种群增长模式可表达为： dB/dtrB（BB）/ B 上式为抛物线图形上式为抛物线图形 二、持续产量模型（二、持续产量模型（sustainable yield modelsustainable yield model） 0 B / 2 B dB/dt 图图11.4 未开发利用时自然增长未开发利用时自然增长 率率与生物量的关

7、系与生物量的关系 要使要使 d dB B/d/dt t 达到最大值，只要对其求导并令其为零：达到最大值，只要对其求导并令其为零： d d2 2B B/d/dt t2 2 rBrB 2 2rBrB0 0 ，得：，得： B B B B /2 /2 时增长速率最快时增长速率最快 2 2在开发利用的情况下，种群的增长速率还受捕捞的影响在开发利用的情况下，种群的增长速率还受捕捞的影响 设捕捞死亡系数为设捕捞死亡系数为F F，则：，则： d dB B/d/dt trBrB （B B B B）/ / B B FBFB （F F：捕捞死亡系数）：捕捞死亡系数） 假设捕捞死亡系数假设捕捞死亡系数 F F 与捕捞

8、力量与捕捞力量 f f 成直线正比，即成直线正比，即 F F q fq f （ q q ：可捕系数）：可捕系数） d dB B/d/dt trBrB（B B B B）/ / B B q fq f B B q fq f B B rBrBrBrB2 2/ / B B 时， 时， d dB B/d/dt t0 0，种群生物量不变，种群生物量不变， 达达 持续产量或平衡渔获量，以持续产量或平衡渔获量，以Y Y 表示表示。 持续产量模型：持续产量模型：Y Y f q B f q B r r B B rBrB2 2/ / B B （表示平衡状态下渔获量与种 （表示平衡状态下渔获量与种 群生物量呈抛物线关系

9、，此外群生物量呈抛物线关系，此外 Y Y 有多个有多个 ） 由于实际现存的生物量难以确定，将由于实际现存的生物量难以确定，将Y Y- -B B关系转换为关系转换为Y Y- -f f 关系：关系： 由由Y Y f q B f q B r r B BrBrB2 2/ / B B ，得： ，得： B B B B f q Bf q B / / r r，代入上式，代入上式 得：得： Y Y f qB f qB f qf q（B B f qf q/ /r r）（）（qBqB ） ）f f（q q2 2 B B / / r r）f f 2 2 表明在平衡状态下，平衡渔获量与捕捞力量亦呈抛物线关系。表明在平衡

10、状态下，平衡渔获量与捕捞力量亦呈抛物线关系。 设设 a a q Bq B ， ， b b q q2 2 B B / / r r 即即 Y Y a a f f b b f f 2 2 或或 Y / fY / f a bf a bf 表明平衡状态下，单位捕捞力量渔获量与捕捞力量为线性关系。表明平衡状态下，单位捕捞力量渔获量与捕捞力量为线性关系。 3 3MSYMSY与与f fMSY MSY 由由Y Y a a f f b b f f 2 2求求Y Y最大值，须令最大值，须令 d dY Y /d /df f a 2bf a 2bf 0 0 得：得：f f f fMSY MSY a / 2ba / 2b

11、r r B B / 2q / 2q，MSY MSY a a2 2 / 4b / 4b r r B B 2 2 / 4 / 4 只要算得参数只要算得参数a a、b b就可计算得就可计算得MSYMSY及其相应的及其相应的f fMSY MSY 4、参数估算、参数估算 （1）f 标准化：用于当量计算标准化：用于当量计算 标准船、作业时间、网次标准船、作业时间、网次 （2）估算）估算 原理：根据平衡状态下单位捕捞力量渔获量与捕捞力量为线性关系，进行直线回归原理：根据平衡状态下单位捕捞力量渔获量与捕捞力量为线性关系，进行直线回归 如果获得平衡状态下的第如果获得平衡状态下的第i年平衡渔获量年平衡渔获量Yi

12、及其相应的捕捞力量及其相应的捕捞力量f i的资料。可根据的资料。可根据 Yi / f i a b f i 进行回归进行回归 应用上的主要问题：应用上的主要问题：Yi 与与 f i 是否处于平衡状态难以确定，可能出现是否处于平衡状态难以确定，可能出现f 不断变化，难以不断变化，难以 达稳定或达稳定或f 一直不变，始终处于一点平衡的状况。一直不变，始终处于一点平衡的状况。 “一年滞后法一年滞后法” ” 原理：种群在外来压力下，有恢复到平衡状态的能力或趋原理：种群在外来压力下，有恢复到平衡状态的能力或趋 势势 Y Y（ （i i1 1） / f / f （ （i i1 1） a bfa bfi i

13、“一年滞后法一年滞后法”的推广的推广 动态库模型把种群作为个体的总和，处于连续的补充、生长与死亡之中，通动态库模型把种群作为个体的总和，处于连续的补充、生长与死亡之中，通 过分析这些因素与人类捕捞的关系，作出模型，指导捕捞。又称为单位补充群体过分析这些因素与人类捕捞的关系，作出模型，指导捕捞。又称为单位补充群体 产量模型。产量模型。 （一）同龄群体在生命周期中的数量和生物量变动（一）同龄群体在生命周期中的数量和生物量变动 原因：平衡状态下，一个种群一年内提供的渔获量等于一个同龄群体一生所提供原因：平衡状态下，一个种群一年内提供的渔获量等于一个同龄群体一生所提供 的渔获量。的渔获量。 对某一鱼类

14、种群中的同龄群体，其一生中的数量因死亡随年龄增加而减少；各年对某一鱼类种群中的同龄群体，其一生中的数量因死亡随年龄增加而减少；各年 龄组的平均体重由于生长随年龄的增加而增加到最大体重。龄组的平均体重由于生长随年龄的增加而增加到最大体重。 生物量（数量乘以个体平均重量）呈开始增加，至最大值后又逐渐下降的过程，生物量（数量乘以个体平均重量）呈开始增加，至最大值后又逐渐下降的过程， 同龄群体在其生命周期中所能提供的捕捞量也随之不断变化。同龄群体在其生命周期中所能提供的捕捞量也随之不断变化。 三、动态库模型（三、动态库模型（dynamic pool model） 图图 11.5 鱼类种群同龄群体在其生

15、命期间数量和重量的鱼类种群同龄群体在其生命期间数量和重量的 变化变化 同龄群体总体重同龄群体总体重 最大体重（最大体重（W ） 数量或重量数量或重量 补充年补充年 龄（龄（ t r） ） 捕捞年捕捞年 龄（龄（ t c） ） 年龄（年龄（t） 个体体重个体体重Wt 通过分析补充、生长与死亡选择何时抓，捕捞力量多大。通过分析补充、生长与死亡选择何时抓，捕捞力量多大。 设某一时期初资源重量为设某一时期初资源重量为P1，这一时期末资源重量为，这一时期末资源重量为P2，则：，则： P2 P1 （R G）（）（F M） R：因繁殖增加的资源量（补充量），：因繁殖增加的资源量（补充量），G：因生长而增加的

16、重量，：因生长而增加的重量，F：因捕：因捕 捞而减少的生物量，捞而减少的生物量，M：因自然死亡而减少的生物量。：因自然死亡而减少的生物量。 要维持持久产量，就要使这种群保持平衡，即要维持持久产量，就要使这种群保持平衡，即P2 P1，必须：，必须： R G F M 在资源未利用时期内，生产量和补充量与自然死亡相平衡。当开始利用资在资源未利用时期内，生产量和补充量与自然死亡相平衡。当开始利用资 源时还要考虑捕捞造成的死亡损失。源时还要考虑捕捞造成的死亡损失。 （二）补充量（二）补充量 t r为进入补充群的年龄（人为确定），为进入补充群的年龄（人为确定），t c为开始被捕捞的年龄为开始被捕捞的年龄

17、（网目大小），（网目大小），t 为该鱼种群的最大年龄。为该鱼种群的最大年龄。 t c t r t t c 由于补充量预报困难，在动态库模型中，主要是研究单位补充由于补充量预报困难，在动态库模型中，主要是研究单位补充 渔获量（渔获量（YR）模型，而不是产量（）模型，而不是产量（Y）模型。即估算单位）模型。即估算单位 补充最大持续产量补充最大持续产量MYR（maximum yieldrecruit），而不），而不 是最大持续产量是最大持续产量MSY。 补充时期补充时期 捕捞阶段捕捞阶段 未捕捞阶段未捕捞阶段 t c t t r 未补充未补充 时时 期期 年年 龄龄 t 图图 11.6 鱼类种群生命

18、周期示意图鱼类种群生命周期示意图 1、经验公式：、经验公式： 伯塔兰菲（伯塔兰菲（Von Bertalanffy）体重增长方程式可表示）体重增长方程式可表示 为：为： Wt W 1 e K ( t t 0 ) 3 （三）鱼类的生长（三）鱼类的生长 n2、生长参数计算：生长参数计算： n由体重生长方程式可推导得：由体重生长方程式可推导得： 体重体重 W 0 时间时间t W 图图11.7 鱼类体重生长曲线鱼类体重生长曲线 ZFM 为简化，模型假设为简化，模型假设M是常数，讨论如何控制是常数，讨论如何控制F达到合理开发。达到合理开发。 1自然死亡系数自然死亡系数 dN /dtMN t 定积分，得：定

19、积分，得： N t N 0 e M ( tt0) 设设t 0为生命周期开始时间，为生命周期开始时间，t 00，则上式为：，则上式为：N t N0 e M t 在补充年龄为在补充年龄为t r，补充量为，补充量为R 时：时： N t Re M ( ttr) 2捕捞死亡系数捕捞死亡系数 当当M 0 N t N 0 e F t 3总死亡系数总死亡系数 在捕捞阶段，在捕捞阶段， N t N 0 e (F+M ) t （四）鱼类的死亡（四）鱼类的死亡 N0 /N1e(F+M ) e t ln（N0 /N1） F+M Z ln（ n0 /n1 ） 同一世代同一世代t龄到龄到t 1龄的总死亡龄的总死亡Z ：

20、Z ln（Yt / ft ）/（ Y（ （t+1）/ f（t+1） ） （2）瞬时自然死亡系数和瞬时捕捞死亡系数的分离）瞬时自然死亡系数和瞬时捕捞死亡系数的分离 Z F M 若能估算出若能估算出M ，即可求得，即可求得F 根据根据 Z q f M 设设q、 M为常数，通过一系列为常数，通过一系列Z与与f ，经直线回归，可得出。，经直线回归，可得出。 上述各方程参数的估算需用一些实践参数，包括年龄鉴定、各年龄体重、各上述各方程参数的估算需用一些实践参数，包括年龄鉴定、各年龄体重、各 年龄数量、捕捞力量和渔获量。年龄数量、捕捞力量和渔获量。 （五）动态库模型（五）动态库模型 模型推导：模型推导：

21、在一定捕捞强度下，某世代群体在在一定捕捞强度下，某世代群体在t龄时的可能渔获量龄时的可能渔获量YW和相应的捕捞和相应的捕捞 死亡系数死亡系数F，可用微分方程表示：，可用微分方程表示： dYW /dt F N t Wt 15 14 12 10 8 6 4 2 0 t F 图图11.8 北海鲽的等产量曲线图北海鲽的等产量曲线图 如果捕捞量超过种群本身的自然增长能力，将导致资源如果捕捞量超过种群本身的自然增长能力，将导致资源 量不断下降，表现在总渔获量和单位捕捞力量渔获量随捕捞量不断下降，表现在总渔获量和单位捕捞力量渔获量随捕捞 力量的增加而减少，同时捕捞对象的自然补充量也不断下降，力量的增加而减少

22、，同时捕捞对象的自然补充量也不断下降， 引起资源衰退（甚至最终形成不了渔汛）引起资源衰退（甚至最终形成不了渔汛） 。 n生物学捕捞过度：生物学捕捞过度： 1.生长型捕捞过度：过度捕捞小个体生长型捕捞过度：过度捕捞小个体 2.补充型捕捞过度：过度捕捞亲体补充型捕捞过度：过度捕捞亲体 3.生态系统过度捕捞生态系统过度捕捞 4.种质资源过度捕捞种质资源过度捕捞 n经济学捕捞过度经济学捕捞过度 二、过度捕捞（二、过度捕捞（overfishingoverfishing） （一）过度捕捞的概念（一）过度捕捞的概念 （二）过度捕捞对渔业产量及渔获物组成的影响（二）过度捕捞对渔业产量及渔获物组成的影响 n传统

23、渔业资源的破坏 n渔获物平均营养层级的下降 n对珍稀物种及生态群落优势种、关键种的损害 n兼捕及捕捞作业对生物资源及海洋生境的破坏 n海洋生态系统的结构、功能退化 三、海水养殖问题三、海水养殖问题 （一）海水养殖状况（一）海水养殖状况 我国早就对某些海洋生物（如缢蛏、牡蛎、蚶等）进行过人工或我国早就对某些海洋生物（如缢蛏、牡蛎、蚶等）进行过人工或 半人工养殖，近几十年来，海洋水产养殖业有很大的发展。半人工养殖，近几十年来，海洋水产养殖业有很大的发展。 藻类：海带养殖南移，年产量已经达到藻类：海带养殖南移，年产量已经达到200万吨（湿重），紫菜、万吨（湿重），紫菜、 裙带菜、江蓠等大型海藻的养殖

24、也有一定规模。裙带菜、江蓠等大型海藻的养殖也有一定规模。 贝类：贻贝、扇贝、牡蛎、菲律宾蛤仔贝类：贻贝、扇贝、牡蛎、菲律宾蛤仔 对虾：对虾：20年前开始发展，长毛对虾、中国对虾、日本对虾、斑节对年前开始发展，长毛对虾、中国对虾、日本对虾、斑节对 虾、南美白对虾等。虾、南美白对虾等。 鱼类：近年来内湾网箱养殖发展很快，主要养殖对象是一些产量和鱼类：近年来内湾网箱养殖发展很快，主要养殖对象是一些产量和 价值都较高的种类，如石斑鱼、真鲷、黄花鱼、牙鲆等。价值都较高的种类，如石斑鱼、真鲷、黄花鱼、牙鲆等。 在海洋牧业方面，我国还处在起步阶段，已有一些种类（如对虾、在海洋牧业方面，我国还处在起步阶段，已

25、有一些种类（如对虾、 海蜇）进行苗种放流实践。海蜇）进行苗种放流实践。 （二）养殖水域有机污染和富营养化（二）养殖水域有机污染和富营养化 配合饲料的使用配合饲料的使用 培育耐低鱼粉的养殖种类培育耐低鱼粉的养殖种类 （三）养殖区生境破坏（三）养殖区生境破坏 （四）生态安全问题（四）生态安全问题 在世界面临着人口、资源及环境三大问题的今天，海在世界面临着人口、资源及环境三大问题的今天，海 洋资源的开发、海洋环境的保护与利用等已成了各沿海国洋资源的开发、海洋环境的保护与利用等已成了各沿海国 家普遍关注的问题家普遍关注的问题 基本目的是为保护海洋环境及海洋资源的开发利用提供基本目的是为保护海洋环境及海

26、洋资源的开发利用提供 理论依据，生态系统动力学是大海洋生态系管理的理论基础。理论依据，生态系统动力学是大海洋生态系管理的理论基础。 “全球海洋生态系统动力学研究计划（全球海洋生态系统动力学研究计划（GLOBEC）”已于已于1995年被确年被确 定为国际地圈生物圈计划（定为国际地圈生物圈计划（IGBP）的核心计划。）的核心计划。 目标：提高对全球海洋生态系统及其主要亚系统的结构、功能以及它对物目标：提高对全球海洋生态系统及其主要亚系统的结构、功能以及它对物 理压力响应的认识，预测海洋生态系统对全球变化的响应。理压力响应的认识，预测海洋生态系统对全球变化的响应。 主要任务包括：主要任务包括： （1

27、）认识多尺度的物理环境过程如何强迫大尺度的海洋生态系统变化；）认识多尺度的物理环境过程如何强迫大尺度的海洋生态系统变化； （2）确定生态系统结构与海洋系统动态变异之间的关系，重点研究营养动力）确定生态系统结构与海洋系统动态变异之间的关系，重点研究营养动力 学通道、它的变化以及营养质量在食物网中的作用；学通道、它的变化以及营养质量在食物网中的作用； （3）使用物理、生物、化学耦合模型确定全球变化对群体动态的影响；）使用物理、生物、化学耦合模型确定全球变化对群体动态的影响； （4）通过定性、定量反馈机制确定海洋生态系统变化对整个地球系统的影响。）通过定性、定量反馈机制确定海洋生态系统变化对整个地球

28、系统的影响。 GLOBEC实施计划由实施计划由国际核心研究计划国际核心研究计划、区域研究计划区域研究计划 和和国家研究计国家研究计划三个部分分别进行又相互衔接。划三个部分分别进行又相互衔接。 海洋生态系统动力学研究还处于刚起动阶段，中国是开展海洋生态系统动力学研究还处于刚起动阶段，中国是开展 这方面研究较早的国家之一，目前国家层次的这方面研究较早的国家之一，目前国家层次的GLOBEC正在正在 实施。实施。 我国近海海洋生态系统动力学研究目标的核心是认识海洋我国近海海洋生态系统动力学研究目标的核心是认识海洋 生态系统的变化规律，并量化其动态变化，以生态系统的关键生态系统的变化规律，并量化其动态变

29、化，以生态系统的关键 物理过程、化学过程和生物生产过程及其相互作用进行重点研物理过程、化学过程和生物生产过程及其相互作用进行重点研 究和建模，对生物资源开发利用的可持续性进行探讨和预测。究和建模，对生物资源开发利用的可持续性进行探讨和预测。 优先研究的领域包括：优先研究的领域包括： （1）生态系统结构、生产力和容纳量评估研究。）生态系统结构、生产力和容纳量评估研究。 （2）关键物理过程研究。）关键物理过程研究。 （3）生源元素生物地球化学循环和生物生产过程研究。）生源元素生物地球化学循环和生物生产过程研究。 （4）食物网和营养动力学研究。）食物网和营养动力学研究。 （5）生物资源补充量动态和优

30、势种交替机制研究。）生物资源补充量动态和优势种交替机制研究。 （6）生态系统健康状况评估与可持续性优化技术。）生态系统健康状况评估与可持续性优化技术。 （7）生态系统动力学建模与预测。）生态系统动力学建模与预测。 海洋水产生产农牧化海洋水产生产农牧化 一、海洋生产农牧化的原理一、海洋生产农牧化的原理 增殖放流就是根据自然种群补充过程各阶段中，增殖放流就是根据自然种群补充过程各阶段中， 幼体的死亡率最高这一规律，通过人工繁殖苗种，经幼体的死亡率最高这一规律，通过人工繁殖苗种，经 过中间饲养后放流的方法可提高幼体在海区的成活率，过中间饲养后放流的方法可提高幼体在海区的成活率， 也就是等于人为地提高

31、资源种群的补充量。也就是等于人为地提高资源种群的补充量。 “耕海渔业耕海渔业”则是在港湾或池塘利用天然饵料则是在港湾或池塘利用天然饵料 （营养）或以人工投饵方式进行的（营养）或以人工投饵方式进行的“圈养式圈养式”养殖生养殖生 产。产。 三、目前面临主要问题三、目前面临主要问题 过度养殖、病害严重、养殖品种品质退化、对野生种群的影响等等过度养殖、病害严重、养殖品种品质退化、对野生种群的影响等等 四、解决途径的研究四、解决途径的研究 1、倡导生态养殖、防止病害爆发、倡导生态养殖、防止病害爆发 2、开展养殖容量的研究、开展养殖容量的研究 容量：一个特定种群在一个时间，在特定的环境条件下，生态系统容量

32、：一个特定种群在一个时间，在特定的环境条件下，生态系统 所能支持的种群的有限大小。所能支持的种群的有限大小。 n环境容量：自然环境或环境要素（如水、空气、土壤和生物等）对污染环境容量：自然环境或环境要素（如水、空气、土壤和生物等）对污染 物质的承受量或负荷量。环境中污染物浓度低于这一数值，人类和生物物质的承受量或负荷量。环境中污染物浓度低于这一数值，人类和生物 能耐受适应，不致发生病害；污染物浓度高于这一数值人类和生物就不能耐受适应，不致发生病害；污染物浓度高于这一数值人类和生物就不 能适应，并将发生病害。能适应，并将发生病害。 n养殖容量：研究开始于养殖容量：研究开始于70年代末年代末80年代初。年代初。70年代，日本科学家首先注年代，日本科学家首先注 意到容量对海水贝类养殖的影响。意到容量对海水贝类养殖的影响。1974年到年到1976年北海道大学等单位受年北海