Size selectivity of codend mesh size of trawl for Decapterus maruadsi in northern part of South China Sea
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摘要: 为确定南海拖网最小网目尺寸标准的适应性，采用套网法在南海北部对网目尺寸分别为30、35、40和45 mm的菱形网目（分别以D30、D35、D40和D45表示）进行了选择性试验。使用Logistic和Richards模型分别拟合了不同网目网囊下蓝圆鲹 (Decapterus maruadsi) 的选择性曲线，并通过比较两种模型的偏差和自由度确定最佳拟合曲线。结果显示，Logistic曲线对D30、D35和D45网囊的拟合效果更好，而Richards曲线对D40网囊的拟合效果更好。D30、D35、D40和D45网囊对蓝圆鲹的50%选择叉长 (50% retention fork length, L0.5) 分别为12.43、12.88、13.60和16.79 cm，选择范围 (Selection range, SR) 分别为8.45、6.75、6.08和2.19 cm。随着网目尺寸的增大，蓝圆鲹的L0.5逐渐增加，而SR逐渐减小。根据蓝圆鲹的L0.5和网目大小关系式计算得出的最小网目尺寸为41.39 mm。为保护蓝圆鲹等中小型经济鱼类，建议将南海拖网菱形网囊最小网目尺寸设定为45 mm。Abstract: To determine the suitability of minimum mesh size standards for trawls in the South China Sea, we conducted selectivity tests in that area by using the covered net method with mesh sizes of 30, 35, 40 and 45 mm (Denoted as D30, D35, D40 and D45, respectively). We used Logistic and Richards models to fit selectivity curves for Decapterus maruadsi by the maximum likelihood method, and determined the best-fitting curves by comparing the model deviations and degrees of freedom of the two models. The results show that the Logistic curve fitted better for D30, D35 and D45 mesh codend, while the Richards curve fit better for D40 mesh codend. The 50% retention fork lengths (L0.5) of D. maruadsi for D30, D35, D40 and D45 were 12.43, 12.88, 13.60 and 16.79 cm, respectively. As the mesh size increased, the L0.5 of D. maruadsi increased but the selection range decreased gradually. The minimum mesh size was 41.39 mm based on the relationship between L0.5 and mesh size of D. maruadsi. Thus, 45.39 mm is suggested as the minimum mesh size for trawl in the South China Sea to protect small and medium-sized economic fish such as D. maruadsi.
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Keywords:
- Decapterus maruadsi /
- Trawl selectivity /
- Minimum mesh size /
- Covered net method /
- South China Sea
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蓝圆鲹 (Decapterus maruadsi) 隶属于鲈形目、鲹科、圆鲹属，广泛分布于我国沿海陆架区，其中以南海的数量最多，是南海北部拖网渔业中最重要的经济鱼类之一[1-2]。当前，拖网仍然是南海区海洋捕捞渔业的主要渔具，年捕捞量约占整个海区的40%[3]。但其网目尺寸不规范，网囊选择性差，对近海渔业资源造成严重损害[4]。我国在2005年就已制定国家标准《南海区拖网网囊最小网目尺寸 (GB 11780—2005)》，明确规定南海区拖网最小网目尺寸为方形40 mm。但是，拖网一直有着使用菱形网目网囊的传统，在实际生产中方形网目网囊的使用率基本为零。因此，开展南海海域拖网菱形网目选择性研究，限定最小网目尺寸已成为当前国家海洋渔业绿色发展的迫切需要。
明确主捕鱼种是开展渔具选择性、优化渔具和管理渔具的基础[5]。蓝圆鲹一直以来都是南海区生物多样性、资源变动研究的热点[1,6]，早期开展的南海区拖网网目选择性相关研究，蓝圆鲹就是其目标种之一[2,4]。近年来，东海区和黄海区相继开展了一系列针对不同渔具不同鱼种的选择性研究[7-9]，但是南海区只有杨炳忠等[10-13]对虾拖网不同网目大小和形状开展过选择性研究，而对于南海区数量最多的单船有翼单囊拖网的研究还很少。且鱼类群落结构是一个动态的变化过程[14-15]，最小网目尺寸的限定标准也应随目标种类的种群结构变化而更新。因此，本研究比较了不同网目尺寸的网囊对蓝圆鲹的选择性，以期为南海区拖网渔业科学管理和可持续利用提供参考。
1. 材料与方法
1.1 调查时间和海域
选择性试验于2016年9月18日—10月29日在南海北部海域 (112°12'E—113°39'E，21°05'N—21°30'N) 进行，泥沙底质，水深35~59 m。
1.2 渔船和渔具
试验船为“粤阳东渔19363”，单船拖网，船籍港为东平，钢质，船长35.18 m，型宽7.20 m，型深3.90 m，总吨位283 t，主机2台，标定功率均为290 kW，总功率580 kW。
试验拖网主尺度为136.80 m×67.36 m (图1)，网口网衣拉直周长为136.80 m，网衣纵向拉直总长为67.36 m；网口网目尺寸为600 mm；网身部分为12段，网目尺寸从300 mm递减到30 mm；网上后端连接网囊，网囊纵向拉直总长为12.0 m。采用套网法作为选择性试验的方法，每次拖曳时间为2~4 h，拖速约为4 kn。使用4种不同网目尺寸的菱形网目网囊作为选择性试验的网囊，其网目尺寸分别为菱形30、35、40和45 mm (分别以D30、D35、D40和D45表示)，网线规格为PE12tex×3×2；套网采用网线规格为PE7tex×3，长度和宽度均比网囊放大20%，即套网网囊纵向拉直总长为14.4 m，菱形网目网囊和套网规格见表1。
表 1 试验网囊和套网规格Table 1. Specification of codend and cover net网目
Mesh纵向目数
Longitudinal mesh amount长度
Length/m横向目数
Transversal mesh amount周长
Circumference/m有效网次
Effective haul网目尺寸
Mesh size/mm网线结构
Netting structureD30 400 12.0 300 9.0 9 30.05±1.50 12×3×2 D35 345 12.0 260 9.0 9 34.20±0.80 12×3×2 D40 300 12.0 224 9.0 10 39.42±0.99 12×3×2 D45 265 12.0 200 9.0 9 42.66±1.16 12×3×2 套网
Cover net720 14.4 540 10.8 — 20 7×3 1.3 数据收集与处理
1.3.1 数据收集
每次起网后将网囊和套网中的渔获种类进行分类统计，记录每种渔获的总质量。同时对网囊和套网中的渔获种类分别开展生物学测量，渔获数量较少时全部测量，渔获数量较多时开展2次随机抽样，随机抽取50尾样品测量。叉长以cm为单位，质量以g为单位。在分析蓝圆鲹叉长分布时，按照生物学测量的取样比例进行加权处理。将网囊和套网中的蓝圆鲹叉长数据进行排序，以1 cm为单位进行分组，分别统计各叉长组中蓝圆鲹的数量。
1.3.2 选择性模型
采用Logistic曲线模型和Richards曲线模型对比分析拖网对蓝圆鲹的选择性[5,16-17]。
Logistic选择性曲线表达式为：
$$ r({l_i}) = \frac{{{\rm{exp}} (a + b{l_i})}}{{1 + {\rm{exp}} (a + b{l_i})}} $$ (1) 其选择性指标为：
$$ {L_{0.5}} = - \frac{a}{b} $$ (2) $$ {\rm{SR}} = \frac{{2\ln 3}}{b} $$ (3) Richards选择性曲线表达式为：
$$ r({l_i}) = {\left[\frac{{{\rm{exp}} (a + b{l_i})}}{{1 + {\rm{exp}} (a + b{l_i})}}\right]^{1/\delta }} $$ (4) 其选择性指标为：
$$ {L_{0.5}} = \frac{{ - \ln ({2^{\delta}} - 1) - a}}{b} $$ (5) $$ {\rm{SR}} = \frac{{\delta \ln 3 + \ln (1 - {{0.25}^{\delta}}) - \ln (1 - {{0.75}^{\delta}})}}{b} $$ (6) 式中：
$r({l_i})$ 为网囊网目对叉长组${l_i}$ 的选择率；${l_i}$ 为叉长组的特征体长；$ a $ 、$ b $ 为选择性参数；L0.5为50%选择叉长 (50% retention fork length)；SR为选择性范围 (Selection range)；$\delta $ 为非对称程度的控制参数，$\delta $ >1时曲线呈在$ {{L}}_{{0.5}} $ 点左侧稍长的曲线形式，0<$\delta $ <1时曲线呈在$ {{L}}_{{0.5}} $ 点右侧稍长的曲线形式，$\delta $ =1时曲线即为标准左右对称的Logistic曲线。1.3.3 选择性模型参数估计的解析方法
使用极大似然法估计模型的选择性参数，并根据模型拟合的残差是否服从
${\chi ^2}$ 分布判断模型拟合的优劣性[5,17]，其似然函数为：$$ l(\theta ) = \ln (L) = \sum\limits_i {\{ {\rm{Nn}}_i \cdot \ln [r({l_i})] + {\rm{Nc}}_i \cdot \ln [1 - r({l_i})]\} } $$ (7) 式中：Nni为第i叉长组鱼被网囊留存下来的尾数；Nci为第i叉长组鱼逃出网囊被套网捕获的尾数。
以上计算通过Excel 2010软件完成，选择性模型参数的估计通过“规划求解”实现。
1.3.4 网囊网目尺寸和L0.5的关系
假定鱼体在生长过程中没有改变体型，在相同作业条件下，根据几何相似原理，不同大小网目的L0.5随着网囊网目尺寸的增大而增加。国内外研究表明，这种增大是一种线性关系[16,18-19]，即：
$$ {L_{0.5}} = a + b \times m $$ (8) 式中：
$ a $ 、$ b $ 为系数；$ m $ 为网囊网目尺寸。2. 结果
2.1 渔获概况
试验渔获种类包括鱼类、虾类、蟹类和头足类等共110多种。其中，D30网囊中有59种，套网中有47种；D35网囊中有49种，套网中31种；D40网囊中有70种，套网中有35种；D45网囊中有39种，套网中27种。试验网囊测量渔获质量为405.68 kg，其中蓝圆鲹为148.73 kg，占网囊测量渔获质量的36.66%；试验套网测量渔获质量为104.14 kg，其中蓝圆鲹为41.84 kg，占套网测量渔获质量的40.18%。
本次选择性试验共测量蓝圆鲹2 040尾，叉长介于5.6~25.0 cm，平均叉长为 (17.0±2.0) cm，其各网目下蓝圆鲹的叉长分布见图2。蓝圆鲹的优势叉长组均在16.0~20.0 cm，方差分析结果显示各个网目网囊之间蓝圆鲹的叉长分布不存在显著性差异 (P>0.05)。
2.2 网囊对蓝圆鲹的选择性
D30和D35网囊的Logistic曲线的模型残差均小于Richards曲线，AIC更小，说明D30和D35网囊的Logistic曲线拟合更好；D40网囊的Logistic曲线的模型残差和AIC均大于Richards曲线，说明Richards曲线拟合明显改善 (P<0.05)；D45网囊Logistic曲线的模型残差虽然大于Richards曲线，但是Richards曲线拟合并没有得到明显改善 (P>0.05)，故D45网囊可采用Logistic曲线进行拟合。
随着网囊网目尺寸的增大，蓝圆鲹的L0.5随之逐渐增大，而SR减少，选择尖锐度增加 (表2)。D30、D35、D40和D45网囊对蓝圆鲹的L0.5分别为12.43、12.88、13.60和16.79 cm，SR分别为8.45、6.75、6.08和2.19 cm。图3为不同网目网囊下蓝圆鲹的选择性曲线，D30、D35和D45网囊为Logistics曲线，而D40网囊为Richards曲线。D30网囊下选择性曲线较为平坦，而后随着网目尺寸的增大，选择性曲线尖锐程度逐渐加剧，表明D45网囊较其他网囊选择性效果更好。
表 2 蓝圆鲹的Logistic和Richards曲线的估计参数和假设检验Table 2. Estimated parameters and test of hypotheses of Logistic and Richards curves for D. maruadsi参数
ParameterD30 D35 Logistic* Richards Logistic* Richards 选择性参数a −3.23±0.61 −2.47±4.39 −4.19±1.43 −0.55±67.13 选择性参数 b 0.26±0.04 0.24±0.11 0.33±0.08 0.27±0.19 非对称程度的控制参数 δ 0.69±1.60 0.08±5.29 50%选择叉长 L0.5 12.43±0.70 12.37±10.14 12.88±1.18 12.72±2.51 选择范围 SR 8.45±1.18 8.29±14.63 6.75±1.70 6.10±38.27 Akaike信息法则 AIC 65.34 67.31 47.83 51.05 H0: Model fit 模型残差 DR 28.06 42.22 22.21 23.43 自由度 DF 17 16 11 10 P 0.044 0.000 0.023 0.009 H1: δ=1 模型残差 DR 14.16 1.22 自由度 DF 1 1 P 0.000 0.270 参数
ParameterD40 D45 Logistic Richards* Logistic* Richards 选择性参数 a −8.51±2.54 −31.95±29.34 −16.85±1.92 −24.64±8.24 选择性参数 b 0.62±0.16 1.83±1.60 1.00±0.11 1.37±0.41 非对称程度的控制参数 δ 10.10±13.14 2.47±1.55 50%选择叉长 L0.5 13.83±0.66 13.60±29.82 16.79±0.11 16.83±10.83 选择范围 SR 3.57±0.91 6.08±1.88 2.19±0.24 2.44±0.27 Akaike信息法则 AIC 52.26 48.68 31.42 31.96 H0: Model fit 模型残差 DR 34.31 28.73 4.51 3.06 自由度 DF 10 9 15 14 P 0.000 0.001 0.996 0.999 H1: δ=1 模型残差 DR 5.58 1.45 自由度 DF 1 1 P 0.018 0.228 注：*. 本曲线拟合较好。 Note: *. The curve will be applied. 2.3 网囊网目尺寸和L0.5的关系
为了确定合理的最小可捕叉长，可以将表2中网目大小和L0.5进行线性回归，可以求得蓝圆鲹不同网目大小和
$ {{L}}_{{0.5}} $ 的关系式为：$ {{L}}_{{0.5}}{=0.275 \,7}{m}+ {3.587\, 5}$ ，${{R}}^{{2}}= {0.817 \,2} $ 。参照《农业部关于实施带鱼等15种重要经济鱼类最小可捕标准及幼鱼比例管理规定的通告》(自2018年8月1日起实施) 南海区蓝圆鲹15 cm的开捕叉长，可以得到适合以蓝圆鲹为主捕对象的拖网网囊最小网目尺寸为41.39 mm。3. 讨论
3.1 选择性模型分析
Logistic曲线是关于50%选择性体长对称的曲线，但实际研究发现，很多情况下选择性曲线是非对称的[16]，因此有必要采用Richards非对称曲线进行对比分析。研究表明，Richards曲线对于网囊中小个体留存率较高的渔获数据具有更好的拟合效果[5,17,20]，这种情况在本研究中依然存在。D40网囊中蓝圆鲹留存数量仅为204尾，其优势叉长组为15~19 cm，占比72.11%，小于15 cm的蓝圆鲹数量占比7.84%，结果显示采用Richards曲线的拟合效果更好。而D30、D35和D45网囊显示采用Logistics曲线的拟合效果更好，其蓝圆鲹留存数量更高，分别为400、427和486尾；优势叉长组更大，均为16~19 cm，占比分别为75.25%、76.58%和87.86%；小于15 cm的蓝圆鲹数量占比更小，分别为6.00%、2.58%和0.21%。因此，在今后的研究中，针对网囊中小个体留存率高的渔获，可以考虑采用Richards选择性曲线进行拟合，以更好地服务于选择性研究。
3.2 不同网目尺寸的选择性比较
L0.5和SR是评价渔具选择性效果最重要也是最常用的指标[16,21]，L0.5体现了过滤性渔具选择率的大小，SR则体现了渔具选择性的尖锐度，而选择性指标的尖锐度是通过曲线的倾斜程度来体现的[20]。本研究结果显示，随着网目尺寸的增大，蓝圆鲹的
$ {{L}}_{\text{0.5}} $ 越大，SR却越小，其表现形式就是曲线倾斜程度越来越低；这是由各个网囊捕获的蓝圆鲹的叉长差异造成的。随着网目尺寸的增大，蓝圆鲹的叉长范围越来越集中，在一定程度上影响了选择性模型的结果。对比相关学者对南海北部蓝圆鲹选择性的研究[2,4]，本研究得出的蓝圆鲹的L0.5明显更大，这可能是由南海北部2次试验蓝圆鲹的资源结构差异所致。本研究通过L0.5和网目尺寸的线性关系计算出最小网目尺寸为41.39 mm，但是除了D45网囊对蓝圆鲹的L0.5为16.79 cm外，其他网囊对蓝圆鲹的L0.5均未达到蓝圆鲹的可捕叉长标准。且D45网囊下，蓝圆鲹、金线鱼 (Nemipterus virgatus) 和多齿蛇鲻 (Saurida tumbil) 等主要经济鱼类的尾数逃逸率分别为34.32%、55.43%和44.35%，远大于D40网囊下的16.39%、44.32%和6.40%。为保护蓝圆鲹等中小型经济鱼类，建议将南海拖网菱形网囊最小网目尺寸设定为45 mm。3.3 展望
有研究指出，增加菱形网目尺寸、减少周长和使用方形网目网囊是3种提高网囊网目选择性的最简单方法[22-24]。本研究结果显示，增加网目尺寸可以在一定程度上改善网囊选择性，但效果不明显，仅网目尺寸增加到45 mm才有明显的改善效果。因此，在实际应用中仅通过增加网目尺寸并不能有效实现渔具的高选择性，还应采取其他相关措施。研究显示T90网囊和方形网目网囊可有效提高网目选择性[25-28]，杨吝等[4,29]认为在多鱼种混栖的南海渔场采用适宜网目尺寸的菱形、方形网目混合网囊可以有效提高网目选择性。因此，在南海区开展不同网目形状和不同周长网囊的选择性研究是今后选择性研究的趋势，而在试验方法上，应将套网法、平行作业法等进行结合，对比分析才能得出更准确的数据和结论，为更科学合理地指导渔具管理和渔业生产提供参考。
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表 1 试验网囊和套网规格
Table 1 Specification of codend and cover net
网目
Mesh纵向目数
Longitudinal mesh amount长度
Length/m横向目数
Transversal mesh amount周长
Circumference/m有效网次
Effective haul网目尺寸
Mesh size/mm网线结构
Netting structureD30 400 12.0 300 9.0 9 30.05±1.50 12×3×2 D35 345 12.0 260 9.0 9 34.20±0.80 12×3×2 D40 300 12.0 224 9.0 10 39.42±0.99 12×3×2 D45 265 12.0 200 9.0 9 42.66±1.16 12×3×2 套网
Cover net720 14.4 540 10.8 — 20 7×3 
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表 2 蓝圆鲹的Logistic和Richards曲线的估计参数和假设检验
Table 2 Estimated parameters and test of hypotheses of Logistic and Richards curves for D. maruadsi
参数
ParameterD30 D35 Logistic* Richards Logistic* Richards 选择性参数a −3.23±0.61 −2.47±4.39 −4.19±1.43 −0.55±67.13 选择性参数 b 0.26±0.04 0.24±0.11 0.33±0.08 0.27±0.19 非对称程度的控制参数 δ 0.69±1.60 0.08±5.29 50%选择叉长 L0.5 12.43±0.70 12.37±10.14 12.88±1.18 12.72±2.51 选择范围 SR 8.45±1.18 8.29±14.63 6.75±1.70 6.10±38.27 Akaike信息法则 AIC 65.34 67.31 47.83 51.05 H0: Model fit 模型残差 DR 28.06 42.22 22.21 23.43 自由度 DF 17 16 11 10 P 0.044 0.000 0.023 0.009 H1: δ=1 模型残差 DR 14.16 1.22 自由度 DF 1 1 P 0.000 0.270 参数
ParameterD40 D45 Logistic Richards* Logistic* Richards 选择性参数 a −8.51±2.54 −31.95±29.34 −16.85±1.92 −24.64±8.24 选择性参数 b 0.62±0.16 1.83±1.60 1.00±0.11 1.37±0.41 非对称程度的控制参数 δ 10.10±13.14 2.47±1.55 50%选择叉长 L0.5 13.83±0.66 13.60±29.82 16.79±0.11 16.83±10.83 选择范围 SR 3.57±0.91 6.08±1.88 2.19±0.24 2.44±0.27 Akaike信息法则 AIC 52.26 48.68 31.42 31.96 H0: Model fit 模型残差 DR 34.31 28.73 4.51 3.06 自由度 DF 10 9 15 14 P 0.000 0.001 0.996 0.999 H1: δ=1 模型残差 DR 5.58 1.45 自由度 DF 1 1 P 0.018 0.228 注：*. 本曲线拟合较好。 Note: *. The curve will be applied.
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