Assessment of Pennahia macrocephalus stock in Beibu Gulf by length Bayesian biomass estimation method
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摘要: 大头白姑鱼 (Pennahia macrocephalus) 是北部湾主要经济鱼类种群之一，研究其资源状况对北部湾渔业资源的可持续利用具有重要意义。该研究基于2006—2014年北部湾大头白姑鱼生物学数据，通过长度贝叶斯生物量估算法 (Length-based Bayesian biomass estimation method, LBB) 估算大头白姑鱼的渐进体长 (L∞)、相对自然死亡率 (M/k)、相对捕捞死亡率 (F/k)、相对总死亡率 (Z/k)、最适开捕体长 (Lc_opt)、开发率 (E) 和相对生物量开发指标 (B/B0)。结果表明，2006—2014年北部湾大头白姑鱼的平均L∞为265 mm，平均Lc_opt为157 mm，M/k、F/k和Z/k分别为1.39、3.58和4.96；Lc_opt呈上升趋势，而L∞呈下降趋势。目前大头白姑鱼E较高 (0.58)，B/B0 小于0.5，表明当前北部湾大头白姑鱼资源处于过度开发状态。Abstract: Pennahia macrocephalus, one of the major commercial fishes in the Beibu Gulf, is of great significance to study its stocks status. Based on the biological data of P. macrocephalus collected in the Beibu Gulf from 2006 to 2014, we estimated the asymptotic body length (L∞), relative natural mortality (M/k), relative fishing mortality (F/k), relative total mortality (Z/k), optimal body length-at-first-capture (Lc_opt), exploitation rate (E) and relative biomass index (B/B0) by the length-based Bayesian biomass estimation method (LBB). Results show that the average L∞ and Lc_opt were 265 mm and 157 mm, respectively, and the relative mortality rates of M/k, F/k and Z/k were 1.39, 3.58 and 4.96, respectively. The Lc_opt of P. macrocephalus showed an increasing trend while the L∞ showed a decreasing trend. At present, the E of P. macrocephalus is relatively high (0.58), indicating the resources have been in the state of overexploited. The B/B0 is less than 0.5, indicating the overexploitation of current stocks.
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鸢乌贼(Sthenoteuthis oualaniensis，Lesson 1830)为暖水大洋性头足类，隶属于头足纲、枪形目、柔鱼科、鸢乌贼属[1]，广泛分布于印度洋、太平洋的赤道和亚热带海域，其中在南海和印度洋西北海域最为丰富[2]。南海鸢乌贼俗称深海红鱿，因其生命周期短，资源量高，是目前南海外海最具开发潜力的生物资源之一[3]。中国目前对印度洋西北海域的鸢乌贼研究的相对较多，对南海海域的则较少。研究主要集中在鸢乌贼的生长摄食[4]、耳石形态[5-6]、资源评估[7-8]、遗传多样性[9]及营养加工[10-11]等方面，而在繁殖生物学方面仅颜云榕等[4]和张宇美等[12]分别对南沙海域和西沙海域的鸢乌贼做过报道。
种群的补充、生长和死亡是决定种群数量及其变动的3个相互联系的过程，繁殖力是影响种群补充量的原因之一，也是资源评估的重要参数之一[13]。因此，研究鸢乌贼的繁殖力对评估其种群数量及变化规律，合理开发与可持续利用其资源有着重要意义，该研究旨在为今后南海鸢乌贼资源的开发、利用及管理提供基础数据。
1. 材料与方法
1.1 调查海域与调查船
鸢乌贼样本分别采集于2012年9月~10月(秋季)和2013年3月~4月(春季)2个季度，采集海域为5°N~16°N，108°E~118°E，取样区域见图 1。调查船是租用钢质灯光罩网渔船，总吨位400 GT，总长43.6 m，型宽7.60 m，型深4.10 m，双主机，每台功率201.0 kW，海上自持力70 d。
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图 1 采样海域南海九段线参见彩色宣传页的调查区域图Figure 1. Sampling areaFor information about the nine-dash line of the South China Sea, see the survey area map on the colored leaflet.1.2 样品采集与分析
样本采集采用灯光罩网作业(主尺度为281.60 m×80.18 m，网口网目尺寸为35 mm，网囊最小网目尺寸为17 mm)。共采集到样本4 016尾，样本现场低温速冻后运回实验室进行生物学测定，测量过程均按照《海洋调查规范》(GB/T 12763.6—2007)[14]分别测定其胴长(ML)、体质量(BW)、纯体质量(W)以及性腺成熟度等生物学参数。性腺成熟度划分参照茎柔鱼性成熟度分期标准，分为Ⅰ~Ⅴ期[15]。
鸢乌贼繁殖力的测定：随机采集Ⅲ~Ⅳ期雌性卵巢样品进行繁殖力的测定。采用质量法进行卵粒的计数，先用电子天平(精确到0.01 g)分别称量卵巢内未成熟卵子和输卵管内成熟卵子质量，然后再分别取其中1 g，对其计数，最后换算为卵巢卵子数和输卵管内成熟卵子数，对少于1 g的样本进行全部计数。
成熟卵径的测定。卵径的测定采用贝克曼库尔特Multisizer 3颗粒计数及粒度分析仪进行。取2 g成熟卵于培养皿中，加少量0.9%生理盐水，用弯头解剖针将其分开，待细胞个体完全分开后，加适量的生理盐水，然后置于调试好的仪器中进行分析测定。
个体潜在繁殖力(potential fecundity)用未成熟卵子数与成熟卵子数之和表示。个体绝对繁殖力(absolute fecundity)是指雌性个体在一个生殖季节可能排出的卵子数，用输卵管中的成熟卵子数作为绝对繁殖力[16]。该研究用成熟卵粒数来代表个体绝对繁殖力。个体绝对繁殖力与体质量或胴长的比值作为个体相对繁殖力，即为单位体质量(g)或胴长(mm)的繁殖力。该研究以Fa表示个体绝对繁殖力，以Faml表示单位胴长的相对繁殖力，以Faw表示单位纯体质量的相对繁殖力。
1.3 数据统计与分析
用性腺成熟度指数(gonosomatic index，GSI)判断鸢乌贼性腺发育情况[17]。计算公式如下：
$$ {\text { GSI }}=(\text { 性腺质量 } / \text { 纯体质量 }) \times 100 $$ 将2个季度鸢乌贼个体绝对繁殖力与胴长、体质量、纯体质量等生物学参数的关系作比较并对回归方程的差异性进行F检验。
卵径数据分析。卵径测量数据的分析使用测量仪器(贝克曼库尔特Multisizer 3颗粒计数及粒度分析仪)自带的数据分析处理软件，文章主要分析了卵径的体积百分比和数量百分比分布。
2. 结果与分析
2.1 鸢乌贼的性腺发育情况
调查发现南海中南部海域鸢乌贼雌雄个体性腺发育存在较大差异，即便为同一胴长的不同个体，其性腺成熟度也存在较大差异。该海域春、秋季鸢乌贼雌雄比例均接近1 : 1，2个季度均发现有性成熟个体。不同季节鸢乌贼性腺成熟情况存在差异，其中春季Ⅰ期个体所占比例较大，秋季则Ⅱ、Ⅲ期所占比例较大，2个季节Ⅳ期个体所占比例基本相同(图 2)。从鸢乌贼性腺成熟度指数看，鸢乌贼性腺成熟度存在季节差异和性别差异，秋季性腺成熟度高于春季(图 3)。
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图 2 春、秋季鸢乌贼不同性成熟阶段的比例Figure 2. Proportion of different sexual maturity stage of S.oualaniensis in spring and autumn![]()
图 3 春、秋季雌、雄鸢乌贼性腺成熟度指数Figure 3. Gonad somatic index of female and male S.oualaniensis in spring and autumn2.2 成熟雌性鸢乌贼性腺成熟随胴长的变化
成熟的雌性鸢乌贼性腺成熟度指数随胴长变化呈现一定的规律，其中春、秋季变化趋势基本一致(图 4)。性腺成熟度指数在胴长为141~150 mm处出现一个转折点，当胴长小于141 mm时性腺成熟度指数随胴长增长呈上升趋势，当胴长大于150 mm时性腺成熟度指数同样随着胴长的增长有缓慢升高的趋势；胴长为121~140 mm处性腺成熟度指数最高，高达9.71；各胴长组性腺成熟度指数均为秋季高于春季。
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图 4 成熟雌性鸢乌贼性腺成熟度指数随胴长变化情况Figure 4. Relationship between mantle length and gonad somatic index of mature female S.oualaniensis2.3 鸢乌贼个体繁殖力
鸢乌贼个体潜在繁殖力春、秋季波动范围分别为756~146 017粒和1 441~130 113粒，均值分别为20 585粒和32 956粒。个体绝对繁殖力春季变动范围为63~97 074粒，平均为8 635粒；秋季变动范围为24~60 378粒，均值为10 234粒。总体来说，秋季鸢乌贼绝对繁殖力较春季高。
春、秋季鸢乌贼相对繁殖力Faml分别为47粒·mm-1与58粒· mm-1，波动范围分别为1~393粒·mm-1与1~311粒· mm-1；相对繁殖力Faw分别为48粒· g-1与54粒· g-1，波动范围为2~201粒· g-1与1~223粒· g-1。
2.3.1 个体绝对繁殖力随胴长的变化
春、秋季鸢乌贼个体绝对繁殖力Fa(粒)随胴长ML(mm)的变化见图 5，通过线性回归得到个体绝对繁殖力与胴长的关系式春季为Fa=261.27ML-27 434(R=0.730，n=120，P < 0.01)；秋季为Fa=222.9ML-24 029(R=0.655，n=139，P < 0.01)。两季个体绝对繁殖力与胴长均呈显著正相关关系，即个体绝对繁殖力随胴长的增长而增强。
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图 5 春、秋季鸢乌贼个体绝对繁殖力与胴长的关系Figure 5. Relationship between individual absolute fecundity and mantle length of S.oualaniensis in spring and autumn2.3.2 个体绝对繁殖力随体质量的变化
春、秋季鸢乌贼个体绝对繁殖力随体质量变化关系见图 6。通过线性回归得到个体绝对繁殖力Fa(粒)与体质量BW(g)的关系式春季为Fa=43.379BW+1 708.3(R=0.620，n=120，P < 0.01)；秋季为Fa=63.531BW-2 549.3(R=0.684，n=139，P < 0.01)。两季个体绝对繁殖力与体质量均呈显著正相关关系，即个体绝对繁殖力随体质量的增加而增强。
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图 6 春、秋季鸢乌贼个体绝对繁殖力与体质量的关系Figure 6. Relationship between individual absolute fecundity and body weight of S.oualaniensis in spring and autumn2.3.3 个体绝对繁殖力随纯体质量的变化
春、秋季鸢乌贼个体绝对繁殖力随纯体质量变化关系见图 7。通过线性回归得到个体绝对繁殖力Fa(粒)与纯体质量W(g)的关系式春季为Fa=59.882W+1 115.2(R=0.650，n=120，P < 0.01)；秋季为Fa=81.108W-2 734(R=0.675，n=139，P < 0.01)。两季个体绝对繁殖力与纯体质量均呈显著正相关关系，即个体绝对繁殖力随纯体质量的增加而增强。
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图 7 春、秋季鸢乌贼个体绝对繁殖力与纯体质量的关系Figure 7. Relationship between individual absolute fecundity and net body weight of S.oualaniensis in spring and autumn2.4 鸢乌贼成熟卵径分布情况
通过分析鸢乌贼成熟卵径得出其粒径为400~1 200 μm，均值为(769±261)μm；其中90%的成熟卵粒卵径小于800 μm(图 8)。
3. 讨论
2个航次采集的鸢乌贼样本雌雄比例均接近1 : 1，表明南海中南部海域鸢乌贼雌雄个体分布较均衡。叶旭昌和陈新军[18]、CHEN等[19]和陆化杰等[20]对印度洋西北海域和赤道公海的研究发现鸢乌贼雌性个体比例远远高于雄性个体，与该次调查结果存在较大的差异，其原因可能是采样方法和调查海域不同，上述学者采用的是鱿鱼钓具，其具有较强的选择性，这应当是与该次调查结果存在较大差异的原因之一。该次调查结果也表明灯光罩网作业方式能够较全面地反映南海鸢乌贼的群体分布状态。颜云榕等[3]对夏季南沙群岛鸢乌贼的研究也发现，灯光罩网渔获的鸢乌贼雌雄比为1.4，同样认为灯光罩网选择性差，可较真实地反映鸢乌贼渔业资源生物学特性。
调查发现，南海鸢乌贼雌雄个体性腺发育均存在个体差异和季节差异，可能是因为南海鸢乌贼为异步成熟、连续产卵群体。张宇美等[11]对西沙群岛海域鸢乌贼的研究也发现各个季节都有性成熟个体；HARMAN等[21]发现鸢乌贼持续产卵。叶旭昌等[18]秋季(9月~11月)对印度洋西北海域鸢乌贼的研究发现雌雄性腺成熟度以Ⅰ和Ⅳ期为主，其结果与该次调查有所差异，可能与调查海域不同有关。
通过对Ⅳ~Ⅴ期雌性样本性腺成熟度指数随胴长变化的研究发现，当胴长小于141 mm时性腺成熟度指数随胴长增长呈上升趋势；当胴长大于150 mm时性腺成熟度指数同样随着胴长的增长有缓慢升高的趋势，出现这种变化规律可能是因为采集的样本中存在2个产卵群体。颜云榕等[3]夏季对南沙群岛北部海域鸢乌贼的分析结果也认为该海域存在2个不同胴长组的产卵群体；张鹏等[22]春季对南沙海域鸢乌贼种群结构的分析认为南沙海域存在中型和微型2个种群。因此，出现这种现象的原因应当是南海存在中型群和微型群2个种群。鸢乌贼秋季成熟度指数高于春季，可能与雌性性成熟高峰期为冬季有关[11]。该调查鸢乌贼个体潜在繁殖力春、秋季分别为756~146 017粒和1 441~130 113粒；个体绝对繁殖力分别为63~97 074粒和24~60 378粒；HARMAN等[21]对夏威夷鸢乌贼的研究发现胴长大于290 mm的个体其绝对繁殖力变动范围为10 000~250 000粒；LAPTIKHOVSKY等[23]对大西洋海域鸢乌贼相近种S.pteropus的研究发现成熟雌性胴长为155~558 mm，成熟卵粒数为10 000~1 000 000粒，HARMAN等[21]和LAPTIKHOVSKY等[23]结果均高于该次调查结果，可能与该次调查鸢乌贼个体较小(胴长为80~250 mm)有关。该次调查鸢乌贼样本胴长远远小于HARMAN等[21]和LAPTIKHOVSKY等[23]采用的样本。此外，研究发现鸢乌贼绝对繁殖力与胴长呈显著正相关关系(P < 0.01)，因此胴长较小也是影响其繁殖能力的因素之一。这在大西洋东北部及邻近海域鱿鱼(Alloteuthis subulata)中得到体现，其(成熟雌性胴长为30~50mm)潜在繁殖力仅为2 200~13 500粒[24]，小于该次调查结果。由于鸢乌贼的繁殖策略为多次产卵，一次产卵后将继续生长，然后产生额外卵细胞，成熟后再次产卵，HARMAN等[21]还发现鸢乌贼个体成熟后卵巢持续产卵，成熟的卵储存在输卵管中，而输卵管的丰满度与胴长无关，表明为重复产卵。综上说明鸢乌贼有较强的繁殖能力。
该次调查发现鸢乌贼成熟卵粒的卵径范围为0.4~1.2 mm，而MOHAMED等[2]的研究得到的鸢乌贼卵径范围为0.7~0.9 mm；此次得到的卵径范围较MOHAMED等[2]的大，可能与测量方法不同有关。该研究采用的是颗粒计数分析仪进行测量，该仪器有可能把连在一起的2个细胞或同时进入小孔管的细胞当成一个细胞进行分析，从而得出较大的粒径数据。LAPTIKHOVSKY等[23]对鸢乌贼的相近种S.pteropus的成熟卵粒卵径进行了研究得出卵径范围为0.73~0.87 mm，他们认为其卵径小[23]。鸢乌贼的平均卵径为0.77 mm，表明鸢乌贼的卵径也较小。
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图 1 2006—2014年北部湾大头白姑鱼种群参数的变化趋势
Figure 1. Trends of population parameters of P. macrocephalus in Beibu Gulf from 2006 to 2014
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图 2 大头白姑鱼捕捞强度 (F/M) 与资源利用状态
Figure 2. Fishing intensity (F/M) and stock utilization status of P. macrocephalus in Beibu Gulf from 2006 to 2014
表 1 采样航次、时间与样本量信息
Table 1 Information of sampling cruise, sampling month and sampling size
年份
Year月份
Month样本数
Sampling size采样航次
Sampling cruise2006 2 167 第1航次 8 695 第2航次 2007 2 937 第3航次 7 412 第4航次 2008 1 241 第5航次 7 280 第6航次 2009 2 328 第7航次 8 336 第8航次 2010 1 485 第9航次 8 335 第10航次 2011 1 441 第11航次 8 336 第12航次 2012 1 202 第13航次 8 298 第14航次 2013 1 383 第15航次 7 358 第16航次 2014 1 324 第17航次 7 34 第18航次 
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表 2 2006—2014年大头白姑鱼群体结构
Table 2 Population structure of P. macrocephalus in summer and winter from 2006 to 2014
年份
Year冬季体长
Body length in winter/mm夏季体长
Body length in summer/mm范围
Range优势
Dominant平均
Mean范围
Range优势
Dominant平均
Mean2006 98~233 140~149 146 40~230 120~129 129 2007 50~278 150~159 140 39~215 100~109 110 2008 65~230 170~179 145 25~214 100~109 130 2009 68~245 140~149 132 69~212 110~119 121 2010 59~253 150~159 163 60~220 100~109 121 2011 45~290 100~109 114 55~220 90~99 116 2012 36~212 100~109 105 6.9~240 100~109 119 2013 47~232 130~139 129 28~240 110~119 130 2014 25~240 140~149 142 88~220 110~119 120 2006—2014 25~290 140~149 137 6.9~240 110~119 122
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表 3 2006—2014年根据LBB估算的大头白姑鱼的种群参数
Table 3 Population parameters of P. macrocephalus estimated by LBB from 2006 to 2014
年份
Year月份
Month渐进体长
L∞/mm最适
开捕体长
Lc_opt/mm相对自然
死亡率
M/k最小值
Min最大值
Max相对捕捞
死亡率
F/k最小值
Min最大值
Max相对
总死亡率
Z/k最小值
Min最大值
Max开发率
E2006 2 275.00 142.00 1.31 1.07 1.46 0.37 0.21 0.64 1.67 1.57 1.77 0.22 8 279.00 169.00 1.36 1.13 1.57 2.34 2.13 2.72 3.7 3.53 3.92 0.63 2007 2 277.00 146.00 1.63 1.39 1.87 1.36 1.05 1.67 2.98 2.72 3.31 0.46 7 258.00 147.00 1.61 1.33 1.9 2.68 2.32 3.00 4.26 4.09 4.48 0.63 2008 1 252.00 136.00 1.50 1.21 1.75 1.13 0.81 1.39 2.59 2.35 2.75 0.44 7 225.00 122.00 0.91 0.82 1.02 0.12 0.06 0.22 1.04 0.95 1.12 0.12 2009 2 291.00 197.00 1.22 1.00 1.39 7.15 6.43 7.94 8.38 7.66 9.08 0.85 8 258.00 149.00 1.56 1.31 1.87 2.71 2.31 3.19 4.29 4.04 4.56 0.63 2010 1 303.00 172.00 1.57 1.27 1.85 2.30 1.97 2.81 3.88 3.61 4.16 0.59 8 269.00 160.00 1.55 1.31 1.88 3.55 3.14 3.84 5.11 4.85 5.32 0.69 2011 1 307.00 180.00 1.56 1.24 1.87 3.19 2.74 3.61 4.72 4.42 5.11 0.68 8 234.00 114.00 1.49 1.32 1.69 0.36 0.16 0.60 1.87 1.77 1.97 0.19 2012 1 213.00 145.00 1.22 0.80 1.49 7.93 7.01 9.12 9.09 8.27 10.30 0.87 8 285.00 156.00 1.50 1.18 1.71 1.34 1.06 1.66 2.83 2.70 2.95 0.47 2013 1 240.00 136.00 1.74 1.51 1.95 3.58 3.08 4.21 5.27 4.96 5.83 0.68 7 282.00 147.00 1.51 1.29 1.76 0.85 0.58 1.08 2.36 2.20 2.50 0.36 2014 1 242.00 226.00 0.15 −0.07 0.44 3.47 2.68 4.03 3.60 3.07 4.03 0.96 7 271.00 173.00 1.57 1.28 1.87 20.00 18.00 21.50 21.60 19.50 23.10 0.93 平均值 Mean 264.50 156.50 1.39 1.13 1.63 3.58 3.10 4.07 4.96 4.57 5.35 0.58 变异系数 CV 0.10 0.17 0.26 0.31 0.23 1.29 1.35 1.22 0.94 0.92 0.94 0.43
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表 4 白姑鱼属种群参数的估算结果
Table 4 Estimation results of population parameters of Pennahia
种类
Species年份
Year渐进体长
L∞/mm最适开捕体长
Lc_opt/mm生长率
k相对自然死亡率
M/k开发率
E方法
Method文献
Reference白姑鱼 P. argentatus 1982 305.00 − 0.35 2.29 0.23 生长方程 [31] 1994 − − − − 0.50 白姑鱼 P. argentata 1983—1984 282.30 − 0.50 − − 生长方程 [32] 白姑鱼 P. argentata 1992—1993 382.00 211.00 0.42 2.21 0.74 ELEFAN I [19] 大头白姑鱼 P. macrocephalus 2006—2007 229.95 − 0.41 − − 最大似然法 [14] 斑鳍白姑鱼 P. pawak 2008—2009 220.32 146.53 0.58 − − 最大似然法 [20] 大头白姑鱼 P. macrocephalus 2006—2007 289.00 174.00 0.52 2.00 0.63 ELEFAN I [28] 大头白姑鱼 P. macrocephalus 2006—2014 264.50 156.50 − 1.49 0.58 LBB 本研究
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