Assessment of fishery resources in southern sea area of Yintan Marine Ranching, Guangxi Province
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摘要:
为掌握广西北海银滩海洋牧场海域的鱼类资源状况，分别于2022年3月、2023年1月采用分裂波束式科学探鱼仪 (Simrad EK80) 对该海域进行了2次声学调查。利用回波积分法并结合拖网采样 (网目尺寸：4.0 cm×2.5 cm) 对调查海域内生物的尾数密度、生物量密度及空间分布进行了评估分析。结果表明，无论是在人工鱼礁区还是对照区，渔获组成均主要以小型个体为主 (2022和2023年的个体平均体质量分别为8.64和29.8 g)。2022年3月人工鱼礁区和对照区声学评估种类平均尾数密度分别为66 003和41 903 尾·km−2，平均生物量密度分别为726.66和469.90 kg·km−2；2023年1月人工鱼礁区和对照区声学评估种类平均尾数密度分别为17 194和11 110 尾·km−2，平均生物量密度分别为665.94和406.85 kg·km−2。人工鱼礁区表现出明显的集鱼效果。调查海域渔业资源主要分布于5.0 m以深水层，且礁区渔业资源较对照区垂直分布范围更广。2次调查的人工鱼礁区平均单体目标强度 (Target strength, TS) 均大于对照区，且人工鱼礁区检测出的单体目标较对照区多，分布比对照区更集中，表明人工鱼礁影响了鱼类的资源分布。
Abstract:In order to understand the status of fish resources in the Beihai Yintan Marine Ranching sea area of Guangxi Province, we conducted two acoustic surveys with a split-beam scientific echosounder (Simrad EK80) in March 2022 and January 2023. We evaluated the fish density, fish biomass density and spatial distribution in the survey sea area by using echo integration method combined with trawl sampling (Mesh size: 4.0 cm×2.5 cm). The results show that both in the artificial reef area and control area, the catches were mainly composed of small individuals (Average masses of individuals in 2022 and 2023 were 8.64 and 29.8 g, respectively). In March 2022, the average fish densities of acoustic evaluation species in the artificial reef area and control area were 66 003 and 41 903 inds·km−2, respectively. The average fish biomass densities in the artificial reef area and control area were 726.66 and 469.90 kg·km−2, respectively. In January 2023, the average fish densities of acoustic evaluation species in the artificial reef area and control area were 17 194 and 11 110 inds·km−2, respectively. The average fish biomass densities in the artificial reef area and control area were 665.94 and 406.85 kg·km−2, respectively. The artificial reef area showed a significant fish catching effect. The fishery resources were distributed mainly in water layers below 5 m, and those in reef areas had a wider vertical distribution range than those of the control area. The average target strength (TS) of the two survey voyages in the artificial fish reef area were greater than that in the control area, and more single targets were detected in the artificial fish reef area with a more concentrated distribution than in the control area. The results reveal the impact of artificial reefs on the redistribution of fish resources.
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通过研究贝类的呼吸代谢，及其耗氧率与各种生物及其非生物因素的相互关系及变化，可以掌握其代谢特征、生理状况、营养需求水平以及对外界环境条件的适应能力等，由此可为经济种的养殖生产、环境条件的改造，水质调控及其它生产管理提供理论指导。国外对贝类的呼吸生理生态进行比较系统的研究始于20世纪70年代[1-4]，并把呼吸代谢研究引入生物能量学和营养生理学研究中。我国则在20世纪80年代随着水产养殖业的发展而形成了一个热点，直至今日仍有许多学者对此进行着深入的研究[5-7]。本文对国内外双壳贝类呼吸代谢的研究发展状况做了综合论述。
1. 呼吸代谢的主要测量指标：耗氧率和代谢率
耗氧率指动物单位时间(h)的耗氧量，可分为单位个体耗氧率和单位体重耗氧率。代谢率指动物单位时间的能耗量。由于动物进行有氧代谢时释放出的热量与消耗的氧成正比，所以耗氧率可直接作为衡量代谢率高低的一个指标，因此，可以通过测定耗氧率来计算代谢率。
2. 呼吸代谢的研究方法
2.1 呼吸代谢的直接测定方法
此方法是通过检测环境温度的提高来测量动物的产热。这一技术长期应用于哺乳动物，而用于水生动物的相关研究还不多。由于贝类为变温动物，产热少，且水的比热容量较大，因此，测定很困难，对仪器的精度要求很高。
2.2 呼吸代谢的间接测定方法
最广泛使用的测定水生生物呼吸代谢的方法是测定水生动物耗氧量的间接测定法。计算时，以一定时间内水生动物的耗氧量乘以氧的能当量(每克氧代表的能量值)就可以得出其热损失的估计值。氧气的测定可使用氧电极，也可以用Winkler method滴定，电极测定快但精度不高，滴定繁琐但精度高。实验装置一般分为静水式呼吸室和开放式呼吸室2种。
2.2.1 静水式呼吸室
指呼吸室的水体是静止的并且实验期间水体的总量是固定不变的。单位时间耗氧量的计算公式为R＝ (起始氧浓度－结束氧浓度)V/T。式中V为呼吸室体积，T为实验持续时间。使用该方法应注意几个问题：(1)一般要设空白对照以消除水体呼吸对实验结果的影响；(2)呼吸室容积大小要合适，太小会刺激动物使代谢值偏高，太大会因为混合不均匀造成取样不均，还会因溶氧变化小产生测定误差；(3)实验时间长，装置容积大时，可附加缓慢、连续搅拌装置，或取样前搅拌均匀；(4)实验期间应避免对动物的骚扰，如光、人走动等；(5)容器大小和实验时间长短应适中，因为当溶氧浓度低于临界浓度时，随溶氧降低呼吸代谢下降并且水中CO2、氨的积累会对动物呼吸产生影响。
2.2.2 开放式呼吸室
该呼吸室克服了静水式呼吸室许多由于实验时间长产生的问题，如废物积累、溶氧太低等。一般水流要超过实验贝类的滤水率，低了会出现静水式类似的问题，但水流过大会出现精度不够。进出水口溶氧差的理想范围是0.5~1.0 mg·L-1。一般以恒定的时间间隔进行测量，间隔时间在30~120 min之间，多数研究以60 min为一个间隔单位测定进、出水口的溶氧。因为流速恒定，所以可据此计算出单位时间动物的耗氧量，再根据动物重量计算出耗氧率。计算公式如下：
耗氧量[mg·(个体·h)-1]＝[进水口溶氧(mg·L-1)－出水口溶氧(mg·L-1)]×流速(h·L-1)/动物个体
耗氧率[mg·(g·h)-1]＝[进水口溶氧(mg·L-1)－出水口溶氧(mg·L-1)]×流速(h·L-1)/动物体重(g)
3. 影响贝类耗氧率的因素
3.1 生物因素
3.1.1 体重
体重是影响动物耗氧率的重要因素之一。动物的代谢率与体重的关系可用公式：R=aWb来表示，式中a、b为常数，其中a表示单位体重的耗氧率，其大小受许多环境和生物体内等因素的影响，一般变化较大。b又称体重指数，其大小反映耗氧率对体重变化的敏感程度。此关系式适用于多种动物。在贝类，许多学者对耗氧率和体重间的关系进行了研究并得出了不同的贝类耗氧率和体重的指数回归关系式[1-2]。双壳贝类种间b值差异较大，BAYNE和NEWELL[3]给出了23种双壳类的b值为0.44~1.09，平均为0.75。一般情况下，同一物种随着体重的增加，耗氧量也增加，但耗氧率相对减小[5-7]。这与水生动物在生长过程中的组织、脏器的比重有关，直接维持生命的组织和脏器如肾脏、肝脏等的新陈代谢高于非直接维持生命的其它组织如肌肉、脂肪等。在动物生长过程中这2种组织的比率随之减小，即肌肉和脂肪等积累增多，从而引起个体增大而单位重量的耗氧率降低[5]。
耗氧率与体重的关系还受温度条件的影响。许巧情等[8]对橄榄蛏蚌(Solenaia oleivora)的研究发现，体重和温度对其耗氧率有明显的交互作用。由于温度条件是影响动物耗氧率最重要的非生物因素，因此，研究温度、体重与耗氧率的交互作用有重要的意义。
3.1.2 饥饿与摄食
当禁食时间超过一定时限时，动物将处于饥饿状态，随着饥饿程度的加深，耗氧率明显下降并存在种间差异[9-10]。此外，饥饿时耗氧率的变化特征也受环境温度的影响。与正常摄食时相似，饥饿时耗氧率也随温度升高而增大[4]。ANSELL[4]发现，双壳类Donax vittatus随着饥饿时间的延长，其能量代谢底物中蛋白质的比例增加。这一结果表明，动物饥饿时不但整体代谢水平下降，而且其代谢底物结构也会发生变化。总体看来，有关双壳类饥饿状态下呼吸代谢的研究还不是很全面，如饥饿时耗氧率与个体大小和发育阶段的关系尚未见报道。
与饥饿时的情形相反，动物在摄食后会出现耗氧率明显增大，经过一段时间到达峰值，然后又逐步降低到摄食前的水平。这一现象称为特殊动力作用(specific dynamic action，SDA)。SDA在动物界是广泛存在的。软体动物、甲壳类、鱼类、爬行类、哺乳类都存在这一现象。SDA是动物摄食后引起的耗能，是动物为了处理和转化食物时提供额外消耗的能量。SDA耗能反映了动物在由消化引起的生理和生化过程中对能量的需求，这些生理和生化过程包括：(1)对食物的蠕动和处理；(2)对营养的吸收和储存；(3)对氨基酸的去氨基及排泄产物的合成；(4)对生长有关的蛋白质和酯类的合成[11]。而氨基酸氧化过程中的脱氨基作用被认为是SDA能量消耗的主要生化基础[12]。
有关贝类SDA的研究极少，仅见SANDRA等[13]对2种贝类Littorina littorea和L.obtusata的研究。这2种贝类在摄食海藻1 h后，耗氧率分别增加了40%和60%。
3.1.3 生活周期
贝类耗氧率的季节变化与温度这一环境因子的关系最为密切。一般的规律是，随着环境温度的升高耗氧率相应的升高。如双壳类(Spisula subtruncata)耗氧率的季节变化与环境温度变化成正相关[14]。BOUGRIER等[15]对长牡蛎(Crassostrea gigas)的研究表明，随着季节温度的升高，其耗氧率也是逐步升高的。MAO等[16]的研究结果与BOUGRIER略有不同。长牡蛎最大耗氧率虽然出现在温度较高的夏季，但并不是在温度最高的时候，温度最高时耗氧率反而开始下降。MAO认为这一现象可能是实验设计、实验对象生理状况和驯化时间的差异造成的。耗氧率的变化还与贝类性腺发育有关。JADHAV和LOMTE[17]发现淡水双壳类(Lamellidens corrianus)性腺发育完全的个体较性腺发育不完全的个体耗氧率要高。
3.1.4 活动行为
贝类代谢率与活动强度也有很大的关系。GRIFFITHS[18]将贝类代谢强度分为3个水平。(1)标准代谢，又称基础代谢，是指贝类在饥饿、安静状态下的最低代谢水平；(2)活跃代谢，即贝类最大持续活跃水平下的代谢水平；(3)日常代谢，即贝类在日常活动下的代谢水平，包括贝类的摄食、滤水等日常活动的代谢。相关的研究多集中于测定贝类标准和日常代谢率，而活跃代谢率多根据前2项来估测。NEWELL[19]估测滨螺(Littorina littorina)的活跃代谢率为基础代谢率的3~10倍。
贝类的日常代谢率变化较大，这主要取决于贝类的活动强度，如滤水、摄食行为等。贻贝(Mytilus chilensis)随着滤水率的增加，其日常代谢率直线上升，峰值为标准代谢的4~5倍[20]。摄食行为引起的代谢消耗包括2方面，即外套腔水运输的机械消耗和与摄食、消化过程有关的生理消耗。BAYNE[21]给出了加州贻贝(Mytilus calforninanus)在13℃下的标准代谢率、摄食的生理消耗以及摄食的机械消耗三者分别占总和的25.1%、17.7%和57.2%。我国学者常亚青和王子臣[22]以魁蚶(Scapharca broujhtonii)为实验对象，也对活动行为对耗氧率的影响做了相关的研究。其结果表明，在相同温度条件下，单位耗氧率随活动水平的加强而升高。以上结果均说明，随着贝类活动的加强，呼吸代谢也相应的增加。
3.2 非生物因素
3.2.1 温度
温度是影响贝类呼吸代谢最重要的环境因子。在对贝类呼吸的研究中，随温度变化贝类的耗氧率表现出了2种变化趋势：(1)在实验设定的温度范围内，贝类的耗氧率随着温度的升高一直呈上升趋势。如魁蚶[22]，海湾扇贝(Argopecten irradians)[23]，缢蛏(Sinonovacula constricta)[24]，长牡蛎[25]；(2)在实验设定的温度范围内，贝类的耗氧率在随温度的升高而升高，在达到某最大值后，又随着温度的升高而降低。如墨西哥湾扇贝(Argopecten irradians concentricus)[25]，栉孔扇贝(Chlamys farreri)[26]，河蚬(Corbicula fluminea)[27]，牡蛎(Ostrea edulis)[28]。对于以上2种趋势可能与2方面的因素有关：(1)一些研究是在自然条件下进行的，而另一些研究则是在实验条件下对实验动物进行了不同时间的驯化[15]；而不同的驯化条件有可能对耗氧率产生影响[29]；(2)在研究中对某种贝类设定的温度范围可能并不是最佳的实验设计[29]。
温度对耗氧率的影响可用Q10值来表示。Q10值是反映生物体内反应速度与温度关系的一个指标，在这里表示温度每升高10℃所引起的耗氧率的变化。Q10值越大，说明该温度范围内，由温度的升高引起的耗氧率的变化越大。双壳贝类的Q10值一般介于1.0~2.5，平均为2.0而腹足类的Q10值一般介于1.2~4.3，且大多低于或接近于2.0[30]。
3.2.2 盐度
盐度也是影响贝类呼吸代谢的重要环境因子之一，它的变动对贝类的生理代谢具有明显的影响。范德朋等[24]研究发现，盐度6~22时，缢蛏的耗氧率随盐度的升高而升高，在22时达到最大值。盐度22~30时，耗氧率成下降趋势。DAVENPORT和FLETCHER[32]和LIVINGSTON等[33]分别对贻贝的研究和NAVARRO[34]对双壳类Choromytilus chorus的研究都得出了相似的结果。但栉孔扇贝在盐度10~30范围内耗氧率随着盐度的升高呈上升趋势[35]。长牡蛎随着盐度(15~35)的升高耗氧率也是持续增大的，并未出现最大值[36]。这可能与种类不同以及不同种类对盐度的适应范围有关。
低盐环境会使一些贝类关闭贝壳，从而对耗氧率产生影响。SHUMWAY[37]的研究表明，当外界盐度达到20.1时，Modiolus demissus会部分或全部关闭贝壳。而低盐条件下，只要贝壳保持张开，其耗氧率并无明显变化。DAVENPORT[32]在研究贻贝时提出在低盐环境中部分贻贝贝壳会关闭，而进、出水孔则全部关闭，故耗氧率也随之下降。
3.2.3 pH
许多研究表明pH的变化会对贝类呼吸代谢产生明显的影响。HARRIS等[38]发现，pH为6.08~6.72时，黑唇鲍(Haliotis rubra)的耗氧率明显低于pH 8.45时的耗氧率。BUCKINGHAM和FREED[39]在研究腹足类Viviparus contectoides时发现，在pH 7.1和8.9时，此贝类的耗氧率出现了2个峰值，在这2个峰值附近，不论pH升高或降低，其耗氧率均变小。但范德朋等[24]发现，pH在6~9时缢蛏的耗氧率并没有明显的变化。以上结果说明贝类对pH的适应性存在较大的种间差异。
4. 展望
贝类的呼吸代谢是贝类生理学、增养殖学等重要的研究内容。许多研究成果已经应用到生产实践中。今后，在以下几个方面值得进行深入的研究。
(1) 基础呼吸生理生态学研究仍是重要的研究内容之一。同时对养殖新品种，引进种等有经济价值的种类的研究将会更加全面、深入。如研究对象的年龄、体重、性腺发育程度、季节、光周期以及各种环境胁迫等因素对贝类呼吸代谢的影响将得到更加深入的研究。
(2) 耗氧率和排氨率的结合研究将更加广泛。在获得贝类代谢氧氮比的基础上估计贝类的能量需求，了解贝类的能量来源及代谢底物中糖、脂肪和蛋白质所提供的能量比例，可以为合理的饲料结构提供基本参数。
(3) 对于自然水域中具有特殊地位的贝类的呼吸代谢特征进行研究，并从个体生理生态扩展到群体生理生态，以了解和评估该种群在生态系统中的作用，这也是今后的一个重要的研究方向。
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图 1 北海银滩海洋牧场海域调查断面图
Figure 1. Cross section map of Beihai Yintan Marine Ranching surveyed sea area
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图 3 调查区域渔业尾数密度及生物量密度的时空分布
Figure 3. Spatio-temporal distribution of regional fishery quantity and biomass density
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图 4 不同断面声学评估种类资源密度
Figure 4. Resource density of fish species assessed by acoustics at different cross-sections
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图 5 不同水层声学评估种类资源密度
Figure 5. Resource density of fish species acoustically assessed in different water layers
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图 6 调查海域目标强度频度分布图
Figure 6. Frequency distribution of target strength in survey sea area
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图 7 调查海域单体目标强度的垂直水深分布
Figure 7. Vertical water depth distribution of single target strength in survey sea area
表 1 科学探鱼仪 (Simrad EK80) 的主要技术参数设置
Table 1 Main technical parameters setting of scientific echosounder (Simrad EK80)
技术参数
Technical parameter参数设置
Parameter
setting工作频率范围 Operating frequency range/kHz 85~170 换能器频率 Transducer frequency/kHz 120 功率 Transmitting power/W 150 脉冲宽度 Pulse length/ms 0.256 脉冲间隔 Ping interval/s.ping 0.2 探测深度量程 Investigation depth range/m 30 
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表 2 调查船只及网具采样设置
Table 2 Investigate vessel and net sampling settings
参数
Parameter2022年3月
March 20222023年1月
January 2023采样类型 Sample type 拖网 拖网 船只功率 Vessel power/kW 135 135 拖网速度
Speed of trawling/(km·h–1)3 3 拖网时间 Trawl time/min 30 30 网具上纲长 Headline/m 9 6 网目 Mesh size 4.0 cm×2.5 cm 4.0 cm×2.5 cm
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表 3 声学评估种类的b20值
Table 3 b20 value for acoustically assessed species
种类 Species b20/dB 种类 Species b20/dB 种类 Species b20/dB 火枪乌贼
Loligo beka−80.0 赤鼻棱鳀
Thryssa kammalensis−72.5 长蛇鲻
Saurida elongata−80.0 杜氏枪乌贼
Uroteuthis duvauceli−80.0 竹荚鱼
Trachurus japonicus−72.5 海鳗
Muraenesox cinereus−76.0 剑尖枪乌贼
Uroteuthis edulis−80.0 截尾白姑鱼
Pennahia anea−68.0 日本花鲈
Lateolabrax japonicus−72.5 少鳞鱚
Sillago japonica−72.5 鹿斑仰口鲾
Leiognathus ruconius−72.5 日本绯鲤
Upeneus japonicus−72.5 短蛸
Octopusocellatus−80.0 短吻鲾
Leiognathus brevirostris−72.5 带鱼
Trichiurus lepturus−66.1 斑鰶
Onosirus punctatus−72.5 侧条天竺鲷
Apogon lateralis−68.0 月尾兔头鲀
Lagocephalus lunaris−76.0 印度鳓
Ilisha melastoma−72.5 二长棘鲷
Paerargyrops edita−68.0 双棘三刺鲀
Triacanthus biaculeatus−76.0 印度小公鱼
Stolephorus indicus−72.5 黑鲷
Sparus macrocephlus−71.5 丝背细鳞鲀
Stephanolepis cirrhifer−72.5 蓝圆鲹
Decapterus maruadsi−72.5 黄鳍鲷
Acanthopagrus latus−68.0 中华单角鲀
Monacanthus chinensis−72.5
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表 4 各种类资源密度
Table 4 Density of various resources
调查时间
Investigation
time种类
Class尾数密度
Fish density/
(尾·km−2)生物量密度
Fish biomass density/
(kg·km−2)2022-03 鱼类 55 226 520.48 头足类 1 388 34.89 蟹类 8 681 154.99 虾类 28 091 93.28 虾姑类 685 8.90 2023-01 鱼类 16 430 573.88 头足类 2 263 122.07 蟹类 2 301 60.87 虾类 5 413 32.48 虾姑类 424 10.67
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表 5 各次调查渔获数量百分比前5位的种类组成及生物学信息
Table 5 Top 5 of percentages of species composition and biological information of catches in each survey
调查时间
Investigation time种类
Species数量百分比
Quantity percentage/%平均体长
Mean body length/mm平均体质量
Mean body mass/g2022-03 二长棘鲷 Parargyrops edita 61.62 65 16.9 鹿斑仰口鲾 Leiognathus ruconius 8.56 57 4.1 短吻鲾 Leiognathus brevirostris 4.77 90 11.7 侧带天竺鲷 Apogon lateralis 3.53 58 2.8 竹荚鱼 Trachurus japonicus 3.26 78 14.5 2023-01 鹿斑仰口鲾 Leiognathus ruconius 19.24 49 11.7 二长棘鲷 Parargyrops edita 12.05 105 50.0 月尾兔头鲀 Lagocephalus lunaris 10.00 112 56.1 斑鰶 Konosirus punctatus 5.61 138 52.5 火枪乌贼 Loligo beka 5.30 61 12.6
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期刊类型引用(1)
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