海洋生態(tài)學(xué)-第12章-過度捕撈與海水養(yǎng)殖問題及漁業(yè)講課稿

第十二章過度捕撈與海水養(yǎng)殖問題(wèntí)及漁業(yè)管理學(xué)習(xí)目的掌握可更新自然資源的特點(diǎn)、持續(xù)(chíxù)產(chǎn)量和最大持續(xù)(chíxù)產(chǎn)量的概念；了解傳統(tǒng)漁業(yè)資源管理模式及有關(guān)的持續(xù)(chíxù)產(chǎn)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(biāo)，了解生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)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(shí)踐上存在的問題。第一頁，共34頁。第一節(jié)傳統(tǒng)的漁業(yè)(yúyè)資源管理模式一、持續(xù)(chíxù)產(chǎn)量和最大持續(xù)(chíxù)產(chǎn)量的原理（一）持續(xù)產(chǎn)量和最大持續(xù)產(chǎn)量持續(xù)產(chǎn)量（sustainableyield）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)保持在一定的水平上，這種漁獲量可以年復(fù)一年的獲得就稱為持續(xù)產(chǎn)量或平衡(pínghéng)漁獲量也稱剩余產(chǎn)量。第二頁，共34頁。一個(gè)漁業(yè)種群生物量的自然(zìrán)增長量（dB／dt，即種群剩余生產(chǎn)部分）與種群大?。˙）有關(guān)。當(dāng)種群生物量處于極低水平（B≈0）或達(dá)到最大（B=B∞）時(shí)，dB／dt為零；當(dāng)種群為中等大小時(shí)，dB／dt最大圖11.l種群大小與漁業(yè)產(chǎn)量關(guān)系示意圖B為種群生物量，B∞為最大種群生物量（引自Pitcher&Hart1982）

最大持續(xù)產(chǎn)量

置換線

“剩余生產(chǎn)部分”

=持續(xù)產(chǎn)量

B∞

B2

B1

第三頁，共34頁。在每一生物量水平上(低于環(huán)境(huánjìng)最大負(fù)載量)都有一個(gè)持續(xù)產(chǎn)量最大持續(xù)產(chǎn)量（maximumsustainableyield，MSY）：海洋漁業(yè)資源科學(xué)管理的目標(biāo)第四頁，共34頁。捕撈力量或稱捕撈努力量（fishingeffect）通常是指特定時(shí)間內(nèi)投入漁業(yè)的捕撈生產(chǎn)工具設(shè)備(shèbèi)的數(shù)量和強(qiáng)度，網(wǎng)目大小則與種群中被捕撈的年齡有關(guān)。（二）捕撈力量、網(wǎng)目大小(dàxiǎo)與持續(xù)產(chǎn)量的關(guān)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(guān)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(guān)系

0

第五頁，共34頁。有關(guān)漁業(yè)管理的數(shù)學(xué)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(chǎn)量。剩余產(chǎn)量模型為其中較為簡單一種，其特點(diǎn)是只考慮產(chǎn)量因素。1．在未開發(fā)利用的情況(qíngkuàng)下種群增長模式可表達(dá)為：dB/dt＝rB[（B∞－B）/B∞]上式為拋物線圖形二、持續(xù)(chíxù)產(chǎn)量模型（sustainableyieldmodel）0

B∞/

2

B∞

dB/dt

圖11.4未開發(fā)利用時(shí)自然增長率與生物量的關(guān)系

第六頁，共34頁。要使dB/dt達(dá)到最大值，只要對其求導(dǎo)并令其為零：d2B/dt2＝rB∞－2rB＝0，得：B＝B∞/2時(shí)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(shè)捕撈死亡系數(shù)為F，則：dB/dt＝rB[（B∞－B）/B∞]－FB（F：捕撈死亡系數(shù)）假設(shè)捕撈死亡系數(shù)F與捕撈力量f成直線正比，即F＝qf（q：可捕系數(shù)）dB/dt＝rB（B∞－B）/B∞－qfBqfB＝rB－rB2/B∞時(shí)，dB/dt＝0，種群生物量不變，達(dá)持續(xù)產(chǎn)量(chǎnliàng)或平衡漁獲量，以Y表示。第七頁，共34頁。持續(xù)產(chǎn)量模型：Y＝fqB＝rB－rB2/B∞（表示平衡狀態(tài)下漁獲量與種群(zhǒnɡqún)生物量呈拋物線關(guān)系，此外Y有多個(gè)）由于實(shí)際現(xiàn)存的生物量難以確定，將Y-B關(guān)系轉(zhuǎn)換為Y-f關(guān)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表明在平衡狀態(tài)下，平衡漁獲量與捕撈力量亦呈拋物線關(guān)系。設(shè)a＝qB∞，b＝q2B∞/r即Y＝af－bf2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(guān)系。3．MSY與fMSY由Y＝af－bf2求Y最大值，須令dY/df＝a—2bf＝0得：f＝fMSY＝a/2b＝rB∞/2q，MSY＝a2/4b＝rB∞2/4只要算得參數(shù)a、b就可計(jì)算得MSY及其相應(yīng)的fMSY第八頁，共34頁。4、參數(shù)估算（1）f標(biāo)準(zhǔn)化：用于當(dāng)量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)船、作業(yè)時(shí)間、網(wǎng)次（2）估算原理：根據(jù)平衡狀態(tài)(zhuàngtài)下單位捕撈力量漁獲量與捕撈力量為線性關(guān)系，進(jìn)行直線回歸①如果獲得平衡狀態(tài)(zhuàngtài)下的第i年平衡漁獲量Yi及其相應(yīng)的捕撈力量fi的資料?？筛鶕?jù)Yi/fi＝a—bfi進(jìn)行回歸應(yīng)用上的主要問題：Yi與fi是否處于平衡狀態(tài)(zhuàngtài)難以確定，可能出現(xiàn)f不斷變化，難以達(dá)穩(wěn)定或f一直不變，始終處于一點(diǎn)平衡的狀況。第九頁，共34頁。②“一年滯后法”原理：種群在外來(wàilái)壓力下，有恢復(fù)到平衡狀態(tài)的能力或趨勢Y（i＋1）/f（i＋1）＝a—bfi③“一年滯后法”的推廣5、評述：優(yōu)點(diǎn)：不需要鑒定研究對象的年齡、生長率、出生率、死亡率和補(bǔ)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(jì)算要求，簡便，適合一些生活史短，年齡鑒定困難的種類。缺點(diǎn)：不易獲得數(shù)據(jù)；人為與自然(zìrán)因素影響較多。第十頁，共34頁。動態(tài)庫模型把種群作為個(gè)體的總和，處于連續(xù)的補(bǔ)充、生長與死亡之中，通過分析這些因素與人類捕撈的關(guān)系，作出模型，指導(dǎo)捕撈。又稱為單位補(bǔ)充群體產(chǎn)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(gè)種群一年內(nèi)提供的漁獲量等于一個(gè)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(píngjūn)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(gè)體平均(píngjūn)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)(dòngtài)庫模型（dynamicpoolmodel）第十一頁，共34頁。

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)量或重量

補(bǔ)充年

齡（tr）

捕撈年

齡（tc）

年齡（t）

個(gè)體體重Wt第十二頁，共34頁。通過分析補(bǔ)充、生長與死亡選擇(xuǎnzé)何時(shí)抓，捕撈力量多大。設(shè)某一時(shí)期初資源重量為P1，這一時(shí)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(bǔ)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(chǎn)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(shí)期內(nèi)，生產(chǎn)量和補(bǔ)充量與自然死亡相平衡。當(dāng)開始利用資源時(shí)還要考慮捕撈造成的死亡損失。第十三頁，共34頁。（二）補(bǔ)充量tr為進(jìn)入補(bǔ)充群的年齡（人為確定），tc為開始被捕撈的年齡（網(wǎng)目大?。瑃λ為該魚種(yúzhǒnɡ)群的最大年齡。tc－tr＝ρtλ－tc＝λ由于補(bǔ)充量預(yù)報(bào)困難，在動態(tài)庫模型中，主要是研究單位補(bǔ)充漁獲量（Y／R）模型，而不是產(chǎn)量（Y）模型。即估算單位補(bǔ)充最大持續(xù)產(chǎn)量MYR（maximumyield／recruit），而不是最大持續(xù)產(chǎn)量MSY。

補(bǔ)充時(shí)期

捕撈階段

未捕撈階段

λ

ρ

tc

tλ

tr

未補(bǔ)充

時(shí)

期

年

齡t

圖11.6魚類種群生命周期示意圖

第十四頁，共34頁。1、經(jīng)驗(yàn)公式(gōngshì)：伯塔蘭菲（VonBertalanffy）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(gè)常數(shù)；t0：體重為零時(shí)(línɡshí)的理論年齡，小于零。Wt

＝

W∞〔1―e―K

(t

－

t

0

)〕3

（三）魚類的生長(shēngzhǎng)第十五頁，共34頁。2、生長(shēngzhǎng)參數(shù)計(jì)算：由體重生長(shēngzhǎng)方程式可推導(dǎo)得：體重W

0

時(shí)間t

W∞

圖11.7魚類體重生長曲線

第十六頁，共34頁。Z＝F＋M為簡化，模型假設(shè)M是常數(shù)，討論(tǎolùn)如何控制F達(dá)到合理開發(fā)。1．自然死亡系數(shù)dN/dt＝－MNt定積分，得：Nt＝N0e－M(t－t0)設(shè)t0為生命周期開始時(shí)間，t0＝0，則上式為：Nt＝N0e－Mt在補(bǔ)充年齡為tr，補(bǔ)充量為R時(shí)：Nt＝Re－M(t－tr)2．捕撈死亡系數(shù)當(dāng)M＝0Nt＝N0e－Ft3．總死亡系數(shù)在捕撈階段，Nt＝N0e－(F+M)t（四）魚類的死亡(sǐwáng)第十七頁，共34頁。當(dāng)捕撈的最初年齡為tc，年齡tc時(shí)數(shù)量為R'則：Nt＝R'·e－(F+M)(t－tc)或Nt＝R'e－Z(t－tc)瞬時(shí)總死亡系數(shù)的估算及其分離：（1）瞬時(shí)總死亡系數(shù)Z的估算單位捕撈力量漁獲量：CPUE＝Y(jié)/fCPUE是某水域中魚類分布密度的指標(biāo)數(shù)，所以它可以用來表示漁場中種群數(shù)量大小的相對(xiāngduì)特征值，即平均相對(xiāngduì)種群數(shù)量的指標(biāo)。假設(shè)漁獲量與種群數(shù)量成正比設(shè)t1時(shí)，CPUE是n0，種群數(shù)量N0；t1時(shí)，CPUE是n1，種群數(shù)量N1則n0/n1＝N0/N1由Nt＝N0e－(F+M)t，得N1＝N0e－(F+M)第十八頁，共34頁。N0/N1＝e(F+M)＝etln（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(shí)自然死亡系數(shù)和瞬時(shí)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＝qf＋M設(shè)q、M為常數(shù)，通過一系列Z與f，經(jīng)直線回歸，可得出。上述各方程參數(shù)(cānshù)的估算需用一些實(shí)踐參數(shù)(cānshù)，包括年齡鑒定、各年齡體重、各年齡數(shù)量、捕撈力量和漁獲量。第十九頁，共34頁。（五）動態(tài)(dòngtài)庫模型公式中，W∞、M、t0、K是常數(shù)，需求出；F、ρ、λ是變量，而ρ、λ由tc決定，因此公式本質(zhì)上反映(fǎnyìng)了YW與F、tc的關(guān)系。由模型作圖，得等產(chǎn)量曲線。模型推導(dǎo)：在一定捕撈強(qiáng)度下，某世代群體在t齡時(shí)的可能漁獲量YW和相應(yīng)(xiāngyīng)的捕撈死亡系數(shù)F，可用微分方程表示：dYW/dt＝FNtWt第二十頁，共34頁。15

14

12

10

8

6

4

2

0

tλ

F

圖11.8

北海鰈的等產(chǎn)量曲線圖

第二十一頁，共34頁。如果捕撈量超過種群本身的自然(zìrán)增長能力，將導(dǎo)致資源量不斷下降，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(shí)捕撈對象的自然(zìrán)補(bǔ)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(xué)捕撈過度：1.生長型捕撈過度：過度捕撈小個(gè)體2.補(bǔ)充型捕撈過度：過度捕撈親體3.生態(tài)系統(tǒng)過度捕撈4.種質(zhì)資源過度捕撈經(jīng)濟(jì)學(xué)捕撈過度二、過度(guòdù)捕撈（overfishing）（一）過度(guòdù)捕撈的概念第二十二頁，共34頁。（二）過度捕撈對漁業(yè)產(chǎn)量(chǎnliàng)及漁獲物組成的影響傳統(tǒng)漁業(yè)資源的破壞漁獲物平均營養(yǎng)層級的下降對珍稀物種及生態(tài)群落(qúnluò)優(yōu)勢種、關(guān)鍵種的損害兼捕及捕撈作業(yè)對生物資源及海洋生境的破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能退化第二十三頁，共34頁。三、海水養(yǎng)殖(yǎngzhí)問題（一）海水養(yǎng)殖狀況我國早就對某些海洋生物（如縊蟶、牡蠣、蚶等）進(jìn)行過人工或半人工養(yǎng)殖，近幾十年來，海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)有很大的發(fā)展。藻類：海帶養(yǎng)殖南移，年產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)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(shànbèi)、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(nèi)灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖發(fā)展很快，主要養(yǎng)殖對象是一些產(chǎn)量和價(jià)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(jìn)行苗種放流實(shí)踐。第二十四頁，共34頁。（二）養(yǎng)殖水域有機(jī)污染和富營養(yǎng)化配合飼料的使用培育耐低魚粉的養(yǎng)殖種類（三）養(yǎng)殖區(qū)生境破壞（四）生態(tài)(shēngtài)安全問題第二十五頁，共34頁。在世界面臨著人口、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(hù)與利用等已成了各沿海(yánhǎi)國家普遍關(guān)注的問題基本(jīběn)目的是為保護(hù)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(xué)是大海洋生態(tài)系管理的理論基礎(chǔ)。第二十六頁，共34頁?！叭蚝Ｑ笊鷳B(tài)系統(tǒng)動力學(xué)研究計(jì)劃（GLOBEC）”已于1995年被確定為國際地圈生物圈計(jì)劃（IGBP）的核心計(jì)劃。目標(biāo)：提高對全球海洋生態(tài)系統(tǒng)及其主要亞系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能以及它對物理壓力響應(yīng)的認(rèn)識，預(yù)測海洋生態(tài)系統(tǒng)對全球變化的響應(yīng)。主要任務(wù)包括：（1）認(rèn)識多尺度的物理環(huán)境過程如何強(qiáng)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(jié)構(gòu)與海洋系統(tǒng)動態(tài)變異之間的關(guān)系，重點(diǎn)研究營養(yǎng)動力學(xué)通道(tōngdào)、它的變化以及營養(yǎng)質(zhì)量在食物網(wǎng)中的作用；（3）使用物理、生物、化學(xué)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(jī)制確定海洋生態(tài)系統(tǒng)變化對整個(gè)地球系統(tǒng)的影響。第二十七頁，共34頁。GLOBEC實(shí)施計(jì)劃由國際核心研究(yánjiū)計(jì)劃、區(qū)域研究(yánjiū)計(jì)劃和國家研究(yánjiū)計(jì)劃三個(gè)部分分別進(jìn)行又相互銜接。海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)研究(yánjiū)還處于剛起動階段，中國是開展這方面研究(yánjiū)較早的國家之一，目前國家層次的GLOBEC正在實(shí)施。我國近海海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)研究(yánjiū)目標(biāo)的核心是認(rèn)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(guān)鍵物理過程、化學(xué)過程和生物生產(chǎn)過程及其相互作用進(jìn)行重點(diǎn)研究(yánjiū)和建模，對生物資源開發(fā)利用的可持續(xù)性進(jìn)行探討和預(yù)測。第二十八頁，共34頁。優(yōu)先研究的領(lǐng)域包括：（1）生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)力和容納量評估研究。（2）關(guān)鍵(guānjiàn)物理過程研究。（3）生源元素生物地球化學(xué)循環(huán)和生物生產(chǎn)過程研究。（4）食物網(wǎng)和營養(yǎng)動力學(xué)研究。（5）生物資源補(bǔ)充量動態(tài)和優(yōu)勢種交替機(jī)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(shù)。（7）生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)建模與預(yù)測。第二十九頁，共34頁。海洋水產(chǎn)生產(chǎn)(shēngchǎn)農(nóng)牧化一、海洋生產(chǎn)農(nóng)牧化的原理增殖放流就是根據(jù)自然種群補(bǔ)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(jīng)過中間飼養(yǎng)(sìyǎng)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(bǔ)充量?！案O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(jìn)行的“圈養(yǎng)式”養(yǎng)殖生產(chǎn)。第三十頁，共34頁。三、目前面臨主要問題過度養(yǎng)殖、病害嚴(yán)重、養(yǎng)殖品種品質(zhì)退化(tuìhuà)、對野生種群的影響等等四、解決途徑的研究1、倡導(dǎo)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(gè)特定種群在一個(gè)時(shí)間，在特定的環(huán)境條件下，生態(tài)系統(tǒng)所能支持的種群的有限大小。第三十一頁，共34頁。環(huán)境容量：自然環(huán)境或環(huán)境要素（如水、空氣、土壤和生物等）對污染物質(zhì)的承受