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文檔簡介
海洋生態(tài)學(xué)過度捕撈與海水養(yǎng)殖問題及漁業(yè)管理
一個漁業(yè)種群生物量的自然增長量(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,dB/dt為零;當(dāng)種群為中等大小時,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
在每一生物量水平上(低于環(huán)境最大負(fù)載量)都有一個持續(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)捕撈力量或稱捕撈努力量(fishingeffect)通常是指特定時間內(nèi)投入漁業(yè)的捕撈生產(chǎn)工具設(shè)備的數(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)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
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(dá)為:
dB/dt=rB[(B∞-B)/B∞]
上式為拋物線圖形二、持續(xù)產(chǎn)量模型(sustainableyieldmodel)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
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∞-qf
B
qf
B
=rB-rB2/B∞時,dB/dt=0,種群生物量不變,達(dá)持續(xù)產(chǎn)量或平衡漁獲量,以Y表示。持續(xù)產(chǎn)量模型:Y
=fqB=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)換為Y-f關(guān)系:由Y
=fqB=r
B-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就可計算得MSY及其相應(yīng)的fMSY
4、參數(shù)估算(1)f
標(biāo)準(zhǔn)化:用于當(dāng)量計算標(biāo)準(zhǔn)船、作業(yè)時間、網(wǎng)次(2)估算原理:根據(jù)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,進(jìn)行直線回歸①如果獲得平衡狀態(tài)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)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,始終處于一點平衡的狀況。②“一年滯后法”原理:種群在外來壓力下,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: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。
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(dǎo)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而減少;各年齡組的平均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)量乘以個體平均重量)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)庫模型(dynamicpoolmodel)
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(tr)
捕撈年
齡(tc)
年齡(t)
個體體重Wt
通過分析補充、生長與死亡選擇何時抓,捕撈力量多大。設(shè)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(dāng)開始利用資源時還要考慮捕撈造成的死亡損失。(二)補充量tr為進(jìn)入補充群的年齡(人為確定),tc為開始被捕撈的年齡(網(wǎng)目大?。瑃λ為該魚種群的最大年齡。
tc-tr
=
ρ
tλ
-
tc=λ
由于補充量預(yù)報困難,在動態(tài)庫模型中,主要是研究單位補充漁獲量(Y/R)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(maximumyield/recruit),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
λ
ρ
tc
tλ
tr
未補充
時
期
年
齡t
圖11.6魚類種群生命周期示意圖
1、經(jīng)驗公式: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∞的變動率的一個常數(shù);t0:體重為零時的理論年齡,小于零。
Wt
=
W∞〔1―e―K
(t
-
t
0
)〕3
(三)魚類的生長
2、生長參數(shù)計算:
由體重生長方程式可推導(dǎo)得:
體重W
0
時間t
W∞
圖11.7魚類體重生長曲線
Z=F+M
為簡化,模型假設(shè)M是常數(shù),討論如何控制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=
N
0e-M(t-t0)
設(shè)t
0為生命周期開始時間,t
0=0,則上式為:Nt=N0e-Mt
在補充年齡為tr,補充量為R時:
Nt=Re-M(t-tr)
2.捕撈死亡系數(shù)當(dāng)M=0Nt=N
0e-Ft
3.總死亡系數(shù)在捕撈階段,Nt
=N
0e-(F+M)t
(四)魚類的死亡
當(dāng)捕撈的最初年齡為tc,年齡tc時數(shù)量為R'
則:Nt=
R'·e-(F+M)(t-tc)或Nt=R'e-Z(t-tc)
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
單位捕撈力量漁獲量:CPUE=
Y/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)量大小的相對特征值,即平均相對種群數(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,CPUE是n0,種群數(shù)量N0;t1時,CPUE是n1,種群數(shù)量N1
則n0/n1=N0/N1由Nt
=N
0e-(F+M)t,得N1
=
N
0e-(F+M)
N0/N1=e(F+M)
=et
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)的估算需用一些實踐參數(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。(五)動態(tài)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):在一定捕撈強度下,某世代群體在t齡時的可能漁獲量YW和相應(yīng)的捕撈死亡系數(shù)F,可用微分方程表示:dYW/dt=FNtWt
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
如果捕撈量超過種群本身的自然增長能力,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(xué)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(jì)學(xué)捕撈過度二、過度捕撈(overfishing)(一)過度捕撈的概念(二)過度捕撈對漁業(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)、功能退化三、海水養(yǎng)殖問題(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、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,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)行苗種放流實踐。(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)安全問題
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國家普遍關(guān)注的問題
基本目的是為保護(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)?!叭蚝Q笊鷳B(tài)系統(tǒng)動力學(xué)研究計劃(GLOBEC)”已于1995年被確定為國際地圈生物圈計劃(IGBP)的核心計劃。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(xué)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(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)變化對整個地球系統(tǒng)的影響。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(jìn)行又相互銜接。海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)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正在實施。我國近海海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)研究目標(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)行重點研究和建模,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。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(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。
海洋水產(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?!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)。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、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。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(fù)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
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