海洋生态学-第12章-过度捕捞与海水养殖问题及渔业讲课稿

第十二章过度捕捞与海水养殖问题(wèntí)及渔业管理学习目的掌握可更新自然资源的特点、持续(chíxù)产量和最大持续(chíxù)产量的概念；了解传统渔业资源管理模式及有关的持续(chíxù)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；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。第一页，共34页。第一节传统的渔业(yúyè)资源管理模式一、持续(chíxù)产量和最大持续(chíxù)产量的原理（一）持续产量和最大持续产量持续产量（sustainableyield）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年的获得就称为持续产量或平衡(pínghéng)渔获量也称剩余产量。第二页，共34页。一个渔业种群生物量的自然(zìrán)增长量（dB／dt，即种群剩余生产部分）与种群大小（B）有关。当种群生物量处于极低水平（B≈0）或达到最大（B=B∞）时，dB／dt为零；当种群为中等大小时，dB／dt最大图11.l种群大小与渔业产量关系示意图B为种群生物量，B∞为最大种群生物量（引自Pitcher&Hart1982）

最大持续产量

置换线

“剩余生产部分”

=持续产量

B∞

B2

B1

第三页，共34页。在每一生物量水平上(低于环境(huánjìng)最大负载量)都有一个持续产量最大持续产量（maximumsustainableyield，MSY）：海洋渔业资源科学管理的目标第四页，共34页。捕捞力量或称捕捞努力量（fishingeffect）通常是指特定时间内投入渔业的捕捞生产工具设备(shèbèi)的数量和强度，网目大小则与种群中被捕捞的年龄有关。（二）捕捞力量、网目大小(dàxiǎo)与持续产量的关系捕捞力量f

平衡渔获量Y

c

a

b

图11.2不同种类的总渔获量和捕捞力量的关系

p

n

m

平衡渔获量Y

捕捞力量f

0

图11.3同一种类不同网目的捕捞力量和总渔获量的关系

0

第五页，共34页。有关渔业管理的数学模型很多，其目的均为在可持续利用的前提下，尽可能获得最大产量。剩余产量模型为其中较为简单一种，其特点是只考虑产量因素。1．在未开发利用的情况(qíngkuàng)下种群增长模式可表达为：dB/dt＝rB[（B∞－B）/B∞]上式为抛物线图形二、持续(chíxù)产量模型（sustainableyieldmodel）0

B∞/

2

B∞

dB/dt

图11.4未开发利用时自然增长率与生物量的关系

第六页，共34页。要使dB/dt达到最大值，只要对其求导并令其为零：d2B/dt2＝rB∞－2rB＝0，得：B＝B∞/2时增长速率最快2．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F，则：dB/dt＝rB[（B∞－B）/B∞]－FB（F：捕捞死亡系数）假设捕捞死亡系数F与捕捞力量f成直线正比，即F＝qf（q：可捕系数）dB/dt＝rB（B∞－B）/B∞－qfBqfB＝rB－rB2/B∞时，dB/dt＝0，种群生物量不变，达持续产量(chǎnliàng)或平衡渔获量，以Y表示。第七页，共34页。持续产量模型：Y＝fqB＝rB－rB2/B∞（表示平衡状态下渔获量与种群(zhǒnɡqún)生物量呈抛物线关系，此外Y有多个）由于实际现存的生物量难以确定，将Y-B关系转换为Y-f关系：由Y＝fqB＝rB－rB2/B∞，得：B＝B∞－fqB∞/r，代入上式得：Y＝fqB＝fq（B∞－fq/r）＝（qB∞）f－（q2B∞/r）f2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。设a＝qB∞，b＝q2B∞/r即Y＝af－bf2或Y/f＝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。3．MSY与fMSY由Y＝af－bf2求Y最大值，须令dY/df＝a—2bf＝0得：f＝fMSY＝a/2b＝rB∞/2q，MSY＝a2/4b＝rB∞2/4只要算得参数a、b就可计算得MSY及其相应的fMSY第八页，共34页。4、参数估算（1）f标准化：用于当量计算标准船、作业时间、网次（2）估算原理：根据平衡状态(zhuàngtài)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①如果获得平衡状态(zhuàngtài)下的第i年平衡渔获量Yi及其相应的捕捞力量fi的资料。可根据Yi/fi＝a—bfi进行回归应用上的主要问题：Yi与fi是否处于平衡状态(zhuàngtài)难以确定，可能出现f不断变化，难以达稳定或f一直不变，始终处于一点平衡的状况。第九页，共34页。②“一年滞后法”原理：种群在外来(wàilái)压力下，有恢复到平衡状态的能力或趋势Y（i＋1）/f（i＋1）＝a—bfi③“一年滞后法”的推广5、评述：优点：不需要鉴定研究对象的年龄、生长率、出生率、死亡率和补充率等参数，只要有多年的渔获量和捕捞力量资料，即可满足计算要求，简便，适合一些生活史短，年龄鉴定困难的种类。缺点：不易获得数据；人为与自然(zìrán)因素影响较多。第十页，共34页。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产量模型。（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的渔获量。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(píngjūn)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(píngjūn)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。三、动态(dòngtài)库模型（dynamicpoolmodel）第十一页，共34页。

图11.5鱼类种群同龄群体在其生命期间数量和重量的变化

同龄群体总体重

最大体重（W∞）

数量或重量

补充年

龄（tr）

捕捞年

龄（tc）

年龄（t）

个体体重Wt第十二页，共34页。通过分析补充、生长与死亡选择(xuǎnzé)何时抓，捕捞力量多大。设某一时期初资源重量为P1，这一时期末资源重量为P2，则：P2＝P1＋（R＋G）－（F＋M）R：因繁殖增加的资源量（补充量），G：因生长而增加的重量，F：因捕捞而减少的生物量，M：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P2＝P1，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。当开始利用资源时还要考虑捕捞造成的死亡损失。第十三页，共34页。（二）补充量tr为进入补充群的年龄（人为确定），tc为开始被捕捞的年龄（网目大小），tλ为该鱼种(yúzhǒnɡ)群的最大年龄。tc－tr＝ρtλ－tc＝λ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（Y／R）模型，而不是产量（Y）模型。即估算单位补充最大持续产量MYR（maximumyield／recruit），而不是最大持续产量MSY。

补充时期

捕捞阶段

未捕捞阶段

λ

ρ

tc

tλ

tr

未补充

时

期

年

龄t

图11.6鱼类种群生命周期示意图

第十四页，共34页。1、经验公式(gōngshì)：伯塔兰菲（VonBertalanffy）体重增长方程式可表示为：Wt：年龄t的平均体重；W∞：随年龄增长而增长的渐近体重；K：生长曲线的曲率，决定趋向W∞的变动率的一个常数；t0：体重为零时(línɡshí)的理论年龄，小于零。Wt

＝

W∞〔1―e―K

(t

－

t

0

)〕3

（三）鱼类的生长(shēngzhǎng)第十五页，共34页。2、生长(shēngzhǎng)参数计算：由体重生长(shēngzhǎng)方程式可推导得：体重W

0

时间t

W∞

图11.7鱼类体重生长曲线

第十六页，共34页。Z＝F＋M为简化，模型假设M是常数，讨论(tǎolùn)如何控制F达到合理开发。1．自然死亡系数dN/dt＝－MNt定积分，得：Nt＝N0e－M(t－t0)设t0为生命周期开始时间，t0＝0，则上式为：Nt＝N0e－Mt在补充年龄为tr，补充量为R时：Nt＝Re－M(t－tr)2．捕捞死亡系数当M＝0Nt＝N0e－Ft3．总死亡系数在捕捞阶段，Nt＝N0e－(F+M)t（四）鱼类的死亡(sǐwáng)第十七页，共34页。当捕捞的最初年龄为tc，年龄tc时数量为R'则：Nt＝R'·e－(F+M)(t－tc)或Nt＝R'e－Z(t－tc)瞬时总死亡系数的估算及其分离：（1）瞬时总死亡系数Z的估算单位捕捞力量渔获量：CPUE＝Y/fCPUE是某水域中鱼类分布密度的指标数，所以它可以用来表示渔场中种群数量大小的相对(xiāngduì)特征值，即平均相对(xiāngduì)种群数量的指标。假设渔获量与种群数量成正比设t1时，CPUE是n0，种群数量N0；t1时，CPUE是n1，种群数量N1则n0/n1＝N0/N1由Nt＝N0e－(F+M)t，得N1＝N0e－(F+M)第十八页，共34页。N0/N1＝e(F+M)＝etln（N0/N1）＝F+M＝Z＝ln（n0/n1）同一世代t龄到t＋1龄的总死亡Z：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Z＝F＋M若能估算出M，即可求得F根据Z＝qf＋M设q、M为常数，通过一系列Z与f，经直线回归，可得出。上述各方程参数(cānshù)的估算需用一些实践参数(cānshù)，包括年龄鉴定、各年龄体重、各年龄数量、捕捞力量和渔获量。第十九页，共34页。（五）动态(dòngtài)库模型公式中，W∞、M、t0、K是常数，需求出；F、ρ、λ是变量，而ρ、λ由tc决定，因此公式本质上反映(fǎnyìng)了YW与F、tc的关系。由模型作图，得等产量曲线。模型推导：在一定捕捞强度下，某世代群体在t龄时的可能渔获量YW和相应(xiāngyīng)的捕捞死亡系数F，可用微分方程表示：dYW/dt＝FNtWt第二十页，共34页。15

14

12

10

8

6

4

2

0

tλ

F

图11.8

北海鲽的等产量曲线图

第二十一页，共34页。如果捕捞量超过种群本身的自然(zìrán)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力量的增加而减少，同时捕捞对象的自然(zìrán)补充量也不断下降，引起资源衰退（甚至最终形成不了渔汛）。生物学捕捞过度：1.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3.生态系统过度捕捞4.种质资源过度捕捞经济学捕捞过度二、过度(guòdù)捕捞（overfishing）（一）过度(guòdù)捕捞的概念第二十二页，共34页。（二）过度捕捞对渔业产量(chǎnliàng)及渔获物组成的影响传统渔业资源的破坏渔获物平均营养层级的下降对珍稀物种及生态群落(qúnluò)优势种、关键种的损害兼捕及捕捞作业对生物资源及海洋生境的破坏海洋生态系统的结构、功能退化第二十三页，共34页。三、海水养殖(yǎngzhí)问题（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200万吨（湿重），紫菜、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(shànbèi)、牡蛎、菲律宾蛤仔对虾：20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。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。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、海蜇）进行苗种放流实践。第二十四页，共34页。（二）养殖水域有机污染和富营养化配合饲料的使用培育耐低鱼粉的养殖种类（三）养殖区生境破坏（四）生态(shēngtài)安全问题第二十五页，共34页。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(yánhǎi)国家普遍关注的问题基本(jīběn)目的是为保护海洋环境及海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。第二十六页，共34页。“全球海洋生态系统动力学研究计划（GLOBEC）”已于1995年被确定为国际地圈生物圈计划（IGBP）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：（1）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，重点研究营养动力学通道(tōngdào)、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；（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。第二十七页，共34页。GLOBEC实施计划由国际核心研究(yánjiū)计划、区域研究(yánjiū)计划和国家研究(yánjiū)计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(yánjiū)还处于刚起动阶段，中国是开展这方面研究(yánjiū)较早的国家之一，目前国家层次的GLOBEC正在实施。我国近海海洋生态系统动力学研究(yánjiū)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(yánjiū)和建模，对生物资源开发利用的可持续性进行探讨和预测。第二十八页，共34页。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。（2）关键(guānjiàn)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。（4）食物网和营养动力学研究。（5）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。（7）生态系统动力学建模与预测。第二十九页，共34页。海洋水产生产(shēngchǎn)农牧化一、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，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(sìyǎng)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资源种群的补充量。“耕海渔业”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“圈养式”养殖生产。第三十页，共34页。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(tuìhuà)、对野生种群的影响等等四、解决途径的研究1、倡导生态养殖、防止病害爆发2、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，生态系统所能支持的种群的有限大小。第三十一页，共34页。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