海洋生態(tài)學 第12章 過度捕撈與海水養(yǎng)殖問題及漁業(yè)管理_第1頁
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文檔簡介

1、第十二章 過度捕撈(blo)與海水養(yǎng)殖問題及漁業(yè)管理 學習目的掌握可更新自然資源的特點、持續(xù)(chx)產(chǎn)量和最大持續(xù)(chx)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)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,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。 共三十五頁第一節(jié) 傳統(tǒng)的漁業(yè)(yy)資源管理模式 一、持續(xù)(chx)產(chǎn)量和最大持續(xù)(chx)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(sustainable yield)就是在生態(tài)環(huán)境基本穩(wěn)定的條件下,每年從

2、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一年的獲得就稱為持續(xù)產(chǎn)量或平衡漁獲量也稱剩余產(chǎn)量。 共三十五頁 一個漁業(yè)種群生物量的自然增長量(dBdt,即種群剩余生產(chǎn)(shngchn)部分)與種群大?。˙)有關(guān)。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(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 & Hart 1982) 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 共三十五頁在每一生物量水平上(低于環(huán)境最大負載量)

3、都有一個(y )持續(xù)產(chǎn)量 最大持續(xù)產(chǎn)量(maximum sustainable yield,MSY):海洋漁業(yè)資源科學管理的目標共三十五頁捕撈力量或稱捕撈努力量(fishing effect)通常是指特定時間內(nèi)投入漁業(yè)的捕撈生產(chǎn)工具設備(shbi)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(guān)。 (二)捕撈力量、網(wǎng)目大小與持續(xù)(chx)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 共三十五頁 有關(guān)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

4、的前提下,盡可能獲得最大產(chǎn)量。 剩余產(chǎn)量模型為其中(qzhng)較為簡單 一種,其特點是只考慮產(chǎn)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(chǎn)量(chnling)模型(sustainable yield 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(guān)系 共三十五頁 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

5、 FB (F:捕撈死亡系數(shù))假設捕撈死亡系數(shù) F 與捕撈力量(l ling) 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(chǎn)量或平衡漁獲量,以Y 表示。 共三十五頁持續(xù)產(chǎn)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(guān)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(guān)系轉(zhuǎn)換(zhunhun)為Y-f 關(guān)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/

6、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(guān)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(guān)系。 3MSY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 共三十五頁4、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)(zhungti)

7、下單位捕撈力量漁獲量與捕撈力量為線性關(guān)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。可根據(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。共三十五頁“一年滯后法” 原理:種群在外來壓力下,有恢復到平衡(pnghng)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(mnz)

8、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。共三十五頁 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(guān)系,作出模型,指導捕撈。又稱為單位補充群體產(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,一個種群一年內(nèi)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(zngji)而減少;各年齡組的平均體重由于生長隨年齡的增加(zngji)而增加(zngji)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

9、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)(dngti)庫模型(dynamic pool model) 共三十五頁 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 補充年 齡(t r) 捕撈年 齡(t c) 年齡(t) 個體體重Wt共三十五頁 通過分析補充(bchng)、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

10、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 在資源未利用時期內(nèi),生產(chǎn)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。 共三十五頁(二)補充量 t r為進入補充群的年齡(人為確定),t c為開始被捕撈的年齡(網(wǎng)目大?。瑃 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(mxng)中,主要是研究單位補充漁獲量(YR)模型,而不是產(chǎn)量(Y)模型。即估算單位補充最大持續(xù)產(chǎn)量MYR(maximum yieldrecruit),而不是最大持續(xù)產(chǎn)量MSY。 補充時期 捕撈階段 未捕撈階段 t c

11、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 共三十五頁 1、經(jīng)驗公式(gngsh):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(ln sh)的理論年齡,小于零。 Wt W1eK ( t t 0 )3 (三)魚類的生長 共三十五頁2、生長(shngzhng)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 共三十五頁ZFM 為簡化,模型假設M是常數(shù),討論如何(rh)控制F達到合理

12、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 ( 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(swng) 共三十五頁當捕撈的最初年齡為tc ,年齡tc時數(shù)量(shling)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

13、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, 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 ) 共三十五頁N0 /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

14、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(jīng)直線回歸,可得出。上述各方程參數(shù)的估算需用一些實踐(shjin)參數(shù),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。共三十五頁(五)動態(tài)(dngti)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(zhì)上反映(fnyng)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: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 共三十五頁15 14 12 10

15、8 6 4 2 0 t F 圖11.8 北海鰈的等產(chǎn)量曲線圖 共三十五頁 如果捕撈量超過種群本身(bnshn)的自然增長能力,將導致資源量不斷下降,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: 1.生長型捕撈過度:過度捕撈小個體 2.補充型捕撈過度: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)濟學捕撈過度二、過度(gud)捕撈(overfishing)(一)過度捕撈的概念共三十五頁(二)過度捕撈(blo)對漁業(yè)產(chǎn)量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(

16、xijing)對珍稀物種及生態(tài)群落優(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)、功能退化共三十五頁三、海水養(yǎng)殖(yngzh)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)進行(jnxng)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(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)量和價值都較高的種類

17、,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。 共三十五頁(二)養(yǎng)殖水域有機污染和富營養(yǎng)化配合飼料的使用培育耐低魚粉的養(yǎng)殖種類(zhngli)(三)養(yǎng)殖區(qū)生境破壞(四)生態(tài)安全問題共三十五頁 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)(kif)、海洋環(huán)境的保護與利用等已成了各沿海國家普遍關(guān)注的問題 基本(jbn)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(chǔ)。 共三十五頁 “全球海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學研究計劃(GLOBEC)”已于1995年被確定為國際地圈生物圈

18、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(jié)構(gòu)、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(hunjng)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(jié)構(gòu)與海洋系統(tǒng)動態(tài)變異之間的關(guān)系,重點研究營養(yǎng)動力學通道、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。共三十五頁 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

19、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(zhngzi)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(guān)鍵物理過程、化學過程和生物生產(chǎn)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。共三十五頁優(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(chǎn)過程研究。(4)食物網(wǎng)和營養(yǎng)動力學研究。(5)生物資源(shn w z yun)補充量動態(tài)和優(yōu)勢種交替機制研究。(6)生態(tài)

20、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)動力學建模與預測。 共三十五頁海洋(hiyng)水產(chǎn)生產(chǎn)農(nóng)牧化 一、海洋生產(chǎn)農(nóng)牧化的原理 增殖放流(fn li)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(jīng)過中間飼養(yǎng)后放流(fn li)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(chǎn)。 共三十五頁三、目前面臨主要問題過度養(yǎng)殖、病害嚴重、養(yǎng)殖品種(pnzhng)品質(zhì)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

21、容量的研究容量:一個特定種群在一個時間,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。共三十五頁環(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)的承受量或負荷量。環(huán)境中污染物濃度低于這一數(shù)值,人類和生物能耐受適應,不致(bzh)發(fā)生病害;污染物濃度高于這一數(shù)值人類和生物就不能適應,并將發(fā)生病害。養(yǎng)殖容量:研究開始于70年代末80年代初。70年代,日本科學家首先注意到容量對海水貝類養(yǎng)殖的影響。1974年到1976年北海道大學等單位受佐呂間湖養(yǎng)殖漁業(yè)協(xié)同組合的委托進行了環(huán)境容量的調(diào)查。當蝦夷扇貝放養(yǎng)量從21108粒增加到34108粒時,收獲量反而降低了9%,同時病害的頻率和扇貝的死亡率增加。共三十五頁 單位水體內(nèi)在保護環(huán)境、節(jié)約資源和保證應有(yn yu)效益的各個方面都符合可持續(xù)發(fā)展要求的最大養(yǎng)殖量。 特定的水域,單位水體養(yǎng)殖對象在不危害環(huán)境、保持生態(tài)系統(tǒng)相對穩(wěn)定、保證經(jīng)濟效益最大,并且符合

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